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Die Erfindung betrifft einen Klinkenfreilauf, mit dessen Hilfe wahlweise eine Drehmomentübertragung zugelassen oder unterbrochen werden kann, beispielsweise zur wahlweisen Zuschaltung einer elektrischen Maschine an einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
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Ein in 1 dargestellter bekannter Klinkenfreilauf 10 weist einen Innenring 12 und einen koaxial zum Innenring 12 angeordneten relativ verdrehbaren Außenring 14 auf. Der Innenring 12 weist eine in radialer Richtung verlaufende Querbohrung 16 auf, die seitlich geöffnet ist. In die eine Aufnahmetasche 18 ausbildende Querbohrung 16 ist ein seitlich abstehender Kugelkopf 20 einer Sperrklinke 22 eingesetzt, so dass die Sperrklinke 22 zwischen der dargestellten Sperrstellung, in der die Sperrklinke 22 bei einer Relativdrehung in eine erste Umfangsrichtung in eine Sperrvertiefung 24 des Außenrings 14 eingreift, und einer Freilaufstellung, in der die Sperrklinke 22 bei einer Relativdrehung in eine der ersten Umfangsrichtung entgegen gesetzten zweiten Umfangsrichtung gegen die Federkraft einer Stützfeder 26 aus der Sperrvertiefung 24 von dem Außenring 14 herausgedrückt wird, verschwenkt werden kann und auch nicht unter Fliehkrafteinfluss aus der Aufnahmetasche 18 herausgelangt.
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Aus der Veröffentlichung
US 2008/0110715 A1 ist eine als Klinkenfreilauf ausgebildete Kopplungsanordnung bekannt, die ein erstes Kopplungselement mit einer Tasche und einem Fluiddurchgang, der sich zu der Tasche erstreckt, und ein zweites Kopplungselement mit einer Verriegelungsformation umfasst. Die Anordnung umfasst ferner ein Eingriffselement, das in der Tasche aufgenommen und mit der Verriegelungsformation in Eingriff bringbar ist. Mittels des Fluiddurchgangs wird unter Druck stehendes Fluid in Richtung der Tasche zugeführt, um das Eingriffselement in Kontakt mit der Verriegelungsformation zu bewegen und somit eine Drehmomentübertragung zwischen den Kopplungselementen zu bewirken.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis die Herstellungskosten eines Klinkenfreilaufs zu senken.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die einen kostengünstigen Klinkenfreilauf ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Klinkenfreilauf mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist eine Klinkenfreilauf zum Sperren oder Unterbrechen einer Drehmomentübertragung, insbesondere zur wahlweisen Zuschaltung einer elektrischen Maschine an einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen mit einem ersten Ring zum Einleiten und/oder Ausleiten eines Drehmoments, einem koaxial zum ersten Ring angeordneten zweiten Ring zum Ausleiten und/oder Einleiten des Drehmoments, mindestens einer zwischen einer Sperrstellung und einer Freilaufstellung verschwenkbaren Sperrklinke, wobei die Sperrklinke in der Sperrstellung den ersten Ring mit dem zweiten Ring zur Drehmomentübertragung sperrt und in der Freilaufstellung eine Relativdrehung des ersten Rings zum zweiten Ring zur Unterbrechung der Drehmomentübertragung zulässt, einer mit dem ersten Ring verbundenen und an der Sperrklinke mit einer Federkraft angreifenden Stützfeder zur Bewegung der Sperrklinke in die Sperrstellung und einem mit dem ersten Ring verbundenem Halteelement zur Ausbildung einer Aufnahmetasche zur schwenkbaren Aufnahme und Abstützung der Sperrklinke, wobei die Aufnahmetasche zwischen dem ersten Ring und dem Halteelement ausgebildet ist.
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Die Aufnahmetasche, welche die Sperrklinke auch unter Fliehkrafteinfluss schwenkbar positioniert, ist nicht einstückig durch den ersten Ring sondern zweistückig durch den ersten Ring und das Halteelement ausgebildet. Dies ermöglicht es die gewünschte Formgebung der Aufnahmetasche durch eine entsprechende Formgebung der aufeinander zu weisenden Seiten des ersten Rings und des Halteelements auszubilden und erst bei der Montage des Klinkenfreilaufs die Aufnahmetasche zusammenzusetzen. Dadurch können Hinterschneidungen in dem ersten Ring, die beispielsweise durch Querbohrungen oder komplizierte Fräsungen hergestellt werden müssten, vermieden werden. Der erste Ring kann dadurch einfacher gestaltet und kostengünstiger hergestellt werden. Beispielsweise kann der erste Ring mit Hilfe des Halteelements mehrteilig ausgestaltet sein, um dadurch im zusammengebauten Zustand eine geeignet geformte Hinterschneidung zur Ausbildung der Aufnahmetasche auszubilden. Durch die durch den ersten Ring und das Halteelement zusammengesetzte Aufnahmetasche ist es nicht erforderlich in dem ersten Ring beispielsweise durch Querbohrungen ausgebildete Hinterschneidungen zur schwenkbaren Aufnahme der Sperrklinke zu fertigen, so dass die Herstellungskosten für den ersten Ring gesenkt werden können, wodurch ein kostengünstiger Klinkenfreilauf ermöglicht ist.
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Der erste Ring kann als Innenring ausgestaltet sein, während der zweite Ring als Außenring ausgestaltet ist. Alternativ kann der erste Ring kann als Außenring ausgestaltet sein, während der zweite Ring als Innenring ausgestaltet ist. Insbesondere sind mehrere Sperrklinken vorgesehen, die vorzugsweise in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Der Klinkenfreilauf ist insbesondere schaltbar ausgestaltet. Hierzu kann beispielsweise ein relativ zum ersten Ring verdrehbarer Umschaltkäfig vorgesehen sein. Der Umschaltkäfig kann insbesondere in einer Neutralstellung zu der Sperrklinke beabstandet sein und eine Schwenkbewegung der Sperrklinke zwischen der Sperrstellung und der Freilaufstellung zulassen. Vorzugsweise kann der Umschaltkäfig in einer ersten Schaltstellung die Sperrklinke in die Freilaufposition drücken und/oder in einer zweiten Schaltstellung die Sperrklinke in der Sperrstellung arretieren. Vorzugsweise sind eine erste Sperrklinke, die bei einer Relativdrehung in eine erste Umfangsrichtung sperrt, und eine zweite Sperrklinke, die bei einer Relativdrehung in eine der ersten Umfangsrichtung entgegen gesetzten zweiten Umfangsrichtung sperrt, vorgesehen. Hierbei sind insbesondere sowohl die erste Sperrklinke als auch die zweite Sperrklinke oder nur die erste Sperrklinke oder nur die zweite Sperrklinke schaltbar ausgeführt. Insbesondere sind die erste Sperrklinke und die zweite Sperrklinke jeweils paarweise vorgesehen und können vorzugsweise in der jeweiligen Freilaufstellung in eine gemeinsame Aufnahmevertiefung des ersten Rings gedrückt werden. Insbesondere kann die Stützfeder in der Sperrstellung die Sperrklinke gegen eine Seite der Aufnahmetasche drücken, wobei die Stützfeder die Sperrklinke vorzugsweise gegen das Halteelement drückt. Der zweite Ring weist insbesondere eine Sperrvertiefung auf, in welche die Sperrklinke von der Stützfeder in der Sperrstellung hinein gedrückt werden kann, um zwischen dem ersten Ring und dem zweiten Ring ein Drehmoment zu übertragen. In der Sperrstellung kann die Sperrklinke insbesondere formschlüssig zwischen dem ersten Ring und dem zweiten Ring verklemmt sein.
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Das Halteelement ist insbesondere in radialer Richtung zwischen dem ersten Ring und dem zweiten Ring angeordnet. Das Halteelement weist insbesondere ein Zentriermittel auf, mit dem das Halteelement in einer definierten Winkellage mit dem ersten Ring verbunden werden kann. Beispielsweise weist das Halteelement als Zentriermittel einen radial abstehenden Ansatz auf, der in eine korrespondierende Vertiefung des ersten Rings eingreifen kann, wodurch eine Zentrierung in einer definierten Relativwinkellage und/oder eine formschlüssige Verbinddung mit dem ersten Ring erreicht werden kann. Die Stützfeder kann insbesondere als abstehendes elastisch biegbares Federblech ausgestaltet sein, das vorzugsweise im Wesentlichen in tangentialer Richtung mit einem insbesondere gerundet abgebogenen Ende an der Sperrklinke zwischen der Freilaufstellung und der Sperrstellung mit einer Federkraft anliegt. Der Klinkenfreilauf kann insbesondere in einer mit einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors gekoppelten Riemenscheibe, insbesondere zum Antrieb von Kraftfahrzeugnebenaggregaten und/oder zur Anbindung eines vorzugsweise als Startergenerators ausgebildeten Starters zum Starten des Kraftfahrzeugmotors, vorgesehen sein, um die Riemenscheibe über den Klinkenfreilauf mit der Antriebswelle zu koppeln. Insbesondere kann über die Riemenscheibe eine elektrische Maschine an einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angekoppelt werden.
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Dabei weist der erste Ring eine zum zweiten Ring weisende Seitenfläche auf, wobei sämtliche Flächennormalen der Seitenfläche von dem ersten Ring weg weisen. Der erste Ring kann dadurch frei von Hinterschneidungen ausgestaltet sein. Wenn der erste Ring als Innenring ausgestaltet ist, wird die Seitenfläche durch die radiale Außenseite ausgebildet. Wenn der erste Ring als Außenring ausgestaltet ist, wird die Seitenfläche durch die radiale Innenseite ausgebildet. In diesem Fall ist der Ausdruck, demgemäß sämtliche Flächennormalen der Seitenfläche von dem ersten Ring weg weisen, derart zu verstehen, dass die Flächennormalen bis zu einem Drehmittelpunkt, durch den eine Drehachse des Klinkenfreilaufs verläuft, nicht auf den ersten Ring trifft.
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Vorzugsweise ist die Seitenfläche streng kreiszylindrisch oder kreiszylindrisch mit mindestens einer in radialer Richtung zurückspringenden Aufnahmevertiefung zur Aufnahme der Sperrklinke in der Freilaufstellung ausgebildet. Bei einer streng kreiszylindrischen Ausgestaltung der Seitenfläche im mathematischen Sinne kann die Seitenfläche insbesondere ausschließlich durch Drehen kostengünstig hergestellt werden. Hierbei kann insbesondere ein großer Teil des zu übertragenden Drehmoments in der Sperrstellung von dem Halteelement abgetragen und über die Befestigung des Halteelements mit dem ersten Ring an den ersten Ring übertragen werden. Vorzugsweise basiert die Formgestaltung des ersten Rings lediglich auf einem rotationssymmetrischen Körper, in dem die Aufnahmevertiefung beispielsweise nach einem Drehen des ersten Rings spanlos oder spanabhebend in die Seitenfläche eingearbeitet wird. Die Sperrklinke kann in der Freilaufstellung zu einem größeren Anteil in der Aufnahmevertiefung als in der Sperrstellung positioniert sein.
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Besonders bevorzugt weist die Aufnahmetasche eine nur durch den ersten Ring ausgebildete Abstützwand zur Abtragung des über die Sperrklinke übertragenen Drehmoments in der Sperrstellung auf. Die Drehmomentübertragung in der Sperrstellung erfolgt dadurch an dem Halteelement vorbei. Das Halteelement braucht daher nur dafür ausgelegt zu sein auch unter Fliehkrafteinfluss die Sperrklinke zurückzuhalten. Da das Halteelement dadurch im Wesentlichen nur die an der Sperrklinke angreifenden Fliehkräfte sowie die an der Sperrklinke angreifende Federkraft der Stützfeder abzutragen braucht, kann das Halteelement entsprechend kostengünstig ausgelegt werden. Ferner ist zwischen dem Halteelement und dem ersten Ring eine für geringere Kräfte ausgelegte kostengünstige Befestigung ermöglicht. Die durch den ersten Ring ausgebildete Abstützwand kann insbesondere im Wesentlichen bis zum Übergang der Aufnahmetasche in das Halteelement zur Übertragung von Kräften wirksam sein. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass im Vergleich zu einer durch eine Querbohrung ausgebildeten Aufnahmetasche es nicht erforderlich ist zwischen der Aufnahmetasche und dem zweiten Ring eine hinreichend große Mindestmaterialstärke des ersten Rings vorzusehen, die den beim Bohren auftretenden Kräften standhalten kann. Dadurch kann die radiale Erstreckung des Klinkenfreilaufs reduziert werden, wodurch Bauraum eingespart werden kann.
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Insbesondere ist das Halteelement mit dem ersten Ring verklemmt oder verklebt. Insbesondere wenn das Halteelement nur zu einem geringen Anteil, sofern überhaupt, das in der Sperrstellung zu übertragende Drehmoment überträgt, ist eine derartig kostengünstige Befestigung des Halteelements mit dem ersten Ring ausreichend.
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Vorzugsweise ist das Halteelement aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere PE, PEEK oder ABS, hergestellt. Das Halteelement kann dadurch kostengünstig, beispielsweise durch Kunststoffspritzguss, hergestellt werden und im Betrieb eine ausreichende Festigkeit aufweisen.
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Besonders bevorzugt weist das Halteelement eine die Aufnahmetasche begrenzende Halteschräge auf. Durch die Halteschräge kann in der Freilaufstellung die Sperrklinke auch unter Fliehkrafteinfluss zurückgehalten werden, so dass die Sperrklinke insbesondere im Zusammenspiel mit der Stützfeder sicher in der Aufnahmetasche gehalten wird.
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Insbesondere weist die Sperrklinke eine mit einem Anteil in eine erste Umfangsrichtung weisende ebene Oberseite und eine mit einem Anteil in eine der ersten Umfangsrichtung entgegen gerichteten zweiten Umfangsrichtung weisende ebene Unterseite auf, wobei die maximale Dicke der Sperrklinke dem Abstand der Oberseite zur Unterseite entspricht. Die Sperrklinke kann beispielsweise als ebene Platte ausgestaltet sein, wobei vorzugsweise eine zum ersten Ring und/oder eine zum zweiten Ring weisende Stirnseite abgerundet ausgestaltet sein kann. Die Sperrklinke ist insbesondere ohne Kugelkopf und/oder ohne sonstige abstehende Teile ausgestaltet. Die Sperrklinke ist dadurch besonders einfach und kostengünstig ausgestaltet, wodurch die Herstellungskosten für den Klinkenfreilauf weiter gesenkt werden können.
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Besonders bevorzugt ist das Halteelement im Wesentlichen ringförmig ausgestaltet, wobei insbesondere die Stützfeder zwischen dem ersten Ring und dem Halteelement befestigt ist. Das Halteelement kann hierbei als Vollring oder als Teilring ausgestaltet sein. beispielsweise kann das Halteelement als Teilring auf den als Innenring ausgestalteten ersten Rings aufgeclippst oder auf den als Außenring ausgestalteten ersten Ring eingeclippst sein. Vorzugsweise ist die Stützfeder zwischen dem Halteelement und dem ersten Ring verklemmt. Die Stützfeder kann insbesondere als abstehendes elastisch biegbares Federblech ausgestaltet sein, das vorzugsweise im Wesentlichen in tangentialer Richtung zwischen dem Halteelement und dem ersten Ring herausragt, um insbesondere mit einem gerundet abgebogenen Ende an der Sperrklinke zwischen der Freilaufstellung und der Sperrstellung mit einer Federkraft anzuliegen.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
- 1: eine schematische Schnittansicht eines vorbekannten Klinkenfreilaufs und
- 2: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Klinkenfreilaufs.
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Der in 2 dargestellte erfindungsgemäße Klinkenfreilauf 10 weist als ersten Ring einen Innenring 12 und als zweiten Ring einen koaxial zum Innenring 12 angeordneten relativ verdrehbaren Außenring 14 auf. Mit dem Innenring 12 ist ein Halteelement 28 verbunden, das gemeinsam mit dem Innenring 12 eine Aufnahmetasche 18 ausbildet, in die ein als flaches Blech mit einer geeigneten Dicke zwischen einer Oberseite 30 und einer Unterseite 32 ausgestaltete Sperrklinke 22 verschwenkbar eingesetzt ist. Mit Hilfe einer an der Unterseite 32 der Sperrklinke 22 mit einer Federkraft angreifenden Stützfeder 26 kann die Sperrklinke 22 aus einer Freilaufstellung, in welcher die Sperrklinke 22 mit einem größeren Anteil in einer Aufnahmevertiefung 34 eingesetzt ist, automatisch in die dargestellte Sperrstellung verschwenkt werden, in welcher die Sperrklinke 22 in einer Sperrvertiefung 24 des Außenrings 14 eingesetzt ist.
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Bei einer Relativdrehung des Außenrings 14 relativ zum Innenring 12 in eine erste Umfangsrichtung kann der Außenring 14 an der Außenseite 30 der Sperrklinke 22 abgleiten, wodurch die Sperrklinke 22 immer wieder aus der Sperrvertiefung 24 heraus gelangt und in die Freilaufstellung gedrückt wird, so dass der Innenring 12 den Außenring 14 überholen kann. Bei einer Relativdrehung des Außenrings 14 relativ zum Innenring 12 in eine der ersten Umfangsrichtung entgegen gesetzten zweiten Umfangsrichtung kann die Sperrklinke 22 innerhalb der Sperrvertiefung 24 in der Sperrstellung an dem Außenring 14 anschlagen, wodurch die Drehzahl des Außenrings 14 der Drehzahl des Innenrings 12 entspricht. In der Sperrstellung kann sich die Sperrklinke 22 an einer nur durch den Innenring 12 ausgebildeten Abstützwand 36 abstützen, so dass das Halteelement 28 kein Drehmoment zwischen dem Außenring 14 und dem Innenring 12 übertragen muss. Das Halteelement 28 kann hierbei lediglich die Funktion erfüllen zu verhindern, dass der Sperrklinke 22 unter Fliehkrafteinfluss aus der Aufnahmetasche 18 herausgelangt. Hierzu kann das aus Kunststoff hergestellte Halteelement 28 eine die Aufnahmetasche 18 begrenzende Halteschräge 38 aufweisen, an der die Oberseite 30 der Sperrklinke 22 in einer definierten Relativwinkellage zum Innenring 12 in der Sperrstellung anliegen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Klinkenfreilauf
- 12
- Innenring
- 14
- Außenring
- 16
- Querbohrung
- 18
- Aufnahmetasche
- 20
- Kugelkopf
- 22
- Sperrklinke
- 24
- Sperrvertiefung
- 26
- Stützfeder
- 28
- Halteelement
- 30
- Oberseite
- 32
- Unterseite
- 34
- Aufnahmevertiefung
- 36
- Abstützwand
- 38
- Halteschräge
