DE4330435A1 - Selbststeuernder drehrichtungsabhängiger Freilauf - Google Patents
Selbststeuernder drehrichtungsabhängiger FreilaufInfo
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Description
Bei allradangetriebenen Kraftfahrzeugen mit einer über eine
schlupfgesteuerte Kupplung angetriebenen zweiten Treibachse
(meist die Hinterachse) besteht das Problem, daß die Hinterrä
der durch die Verbindung mit den vorderrädern zum Überbremsen
neigen und so die Bodenhaftung verlieren, was zum Ausbrechen
des Fahrzeuges führt. Besonders kritisch sind die Verhältnisse
bei Blockierbremsungen bzw. bei Verwendung eines ABS.
Daher ist die zusätzliche Verwendung eines Doppelfreilaufes üb
lich, um keine gesteuerte Trennkupplung verwenden zu müssen und
trotzdem allradgetriebene Rückwärtsfahrt zu ermöglichen.
Deshalb wurden bereits doppeltwirkende Klemmkörperkupplungen
vorgeschlagen, bei denen differenzdrehzahlfühlende Organe für
ein Kuppeln in beiden Momentenflußrichtungen sorgen und Flieh
kraftorgane eine Momentenumkehr bei höherer Geschwindigkeit
verhindern (z. B. noch unveröffentlichte DE Patentanmeldungen
42 01 375, 42 02 152 und 42 25 202 derselben Anmelderin). Diese
Lösungen haben jedoch bei reifenverschleißbedingten oder kon
struktiv vorgesehenen Übersetzungsfehlern den Nachteil, bei
niedriger Geschwindigkeit und geringer Last zu Verspannungs
zuständen zu führen, die nicht nur Leistungsverluste verursa
chen, sondern auch dazu führen können, daß die Klemmkörper in
der Kuppelstellung festgehalten werden.
Die Erfindung handelt somit von einem drehrichtungsabhängigen
Freilauf, der aus folgenden Elementen besteht: einem ersten
Ring, der im Zugbetrieb der treibende Teil ist, einem zweiten
Ring, der im Zugbetrieb der getriebene Teil ist, Klemmkörpern,
die zwischen erstem und zweiten Ring in beiden Momentenfluß
richtungen wirksam sind, einem Käfig und aus einem Reibglied,
das zwischen Käfig und zweitem Ring wirkt.
Aus der DE-A 27 40 638 ist ein derartiger Freilauf mit in bei
den Richtungen wirkenden Klemmrollen für die Übertragung von
Antriebskräften auf die zweite Triebachse eines Fahrzeuges
(hier die vordere) bekannt. Bei diesem besteht eine Reibverbin
dung zwischen dem der zweiten Triebachse zugehörigen Ring und
einem Klemmrollenkäfig. Beim Überholen dieses Gliedes verhin
dert ein über eine weitere Reibverbindung zum feststehenden
Gehäuse gesteuerter Klinkenmechanismus, daß sich der Klemmrol
lenkäfig in die Position bewegt, in der Schlepp- bzw. Bremsmo
mente von der zweiten Triebachse zum Triebwerk des Fahrzeuges
bzw. zur ersten Triebachse übertragen werden.
Dabei hat das absolutdrehzahlfühlende Reibglied den Nachteil
relativ hoher Verlustleistung und Verschleißanfälligkeit, wenn
auf sicheres Schalten Wert gelegt wird. Trotzdem kann die Reib
kraft den Klemmrollenkäfig bei extremen Winkelbeschleunigungen,
z. B. bei einer Blockierbremsung, auf Grund der hohen Massenkräf
te nicht sicher halten. Dadurch laufen die Klemmrollen auf die
Schubrampen auf, wodurch der Freilauf auch im Schleppbetrieb
überbrückt ist. Das führt aber zum Blockieren der Räder der
zweiten angetriebenen Achse und damit zum Verlust der Brems
stabilität und unter Umständen zur Zerstörung des Freilaufes.
Ein weiterer gattungsgemäßer Doppelfreilauf wurde in der noch
nicht veröffentlichten DE Patentanmeldung 43 11 288 vorgeschla
gen. Bei diesem ist ein in allen Dauerbetriebszuständen voll
kommen reibungs- und verschleißfreier Lauf und Sicherheit gegen
Durchschlagen beim Wechsel der Momentenflußrichtung durch das
Zusammenwirken einer von einer Haltefeder und von einer
Schleppfeder betätigten Klinke mit dem Käfig gegeben. Jedoch
gibt es auch bei diesem Freilauf noch Ausnahmesituationen, in
denen die einwandfreie Funktion nicht gesichert ist. So unwahr
scheinlich das Auftreten solcher Situationen auch sein mag, ist
hier bei den heute im Kraftfahrzeugbau angewandten Sicherheits
standards Abhilfe zu schaffen.
Eine solche Situation ist beispielsweise die folgende: Wenn das
Fahrzeug rückwärts eine Steigung befährt und dabei auch ein
Moment auf die Hinterachse übertragen wird, ist der Freilauf in
einer bei Vorwärtsfahrt nicht erlaubten Position. Wenn der Fah
rer das Fahrzeug nun zum Stillstand kommen läßt, einen Vor
wärtsgang einlegt und das Fahrzeug ohne Gas zu geben wegrollen
läßt, kann der Freilauf seine Position nicht ändern. Dann ist
nicht sicher, daß der Freilauf bei einer darauffolgenden ABS-
Bremsung momentenfrei ist.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, unter Vermei
dung der Nachteile der beiden oben angeführten Bauarten einen
drehrichtungsabhängigen Freilauf zu schaffen, der bei vernach
lässigbaren Reibungsverlusten auch in bestimmten Ausnahmesitu
ationen über eine ausreichende Schaltkraft verfügt.
Erfindungsgemäß weist der Freilauf dazu die im Kennzeichen auf
gezählten weiteren Elemente auf, durch deren weiter unten be
schriebenes Zusammenwirken die gestellte Aufgabe erfüllt wird.
Die Verdrehlage des Exzenters ist durch den festen Schaltring
nur vom Drehsinn abhängig. Je nach seiner eigenen Verdrehlage
beeinflußt der Exzenter die Winkelstellung zwischen Käfig und
erstem Ring. Bei Rückwärtsfahrt übt der Exzenter gar keine
Wirkung aus, dadurch sind (gesteuert durch das Reibglied) auch
beide Momentenflußrichtungen möglich. Bei Vorwärtsfahrt bleibt
der Exzenter nur im Zugbetrieb unwirksam und die Momentenüber
tragung ist möglich. Im Schubbetrieb wird der Käfig durch das
Zusammenwirken von Käfig, Anschlag und Reibglied in der Neu
tralposition gefangen und kann kein Moment übertragen. Durch
den feststehenden Schaltring genügt die Drehrichtungsumkehr, um
unter allen Umständen von Rückwärts/Zug auf Vorwärts/Schub
übergehen zu können. Die Fliehkraft sorgt dafür, daß bei höhe
rer Geschwindigkeit keine Reibung gegenüber dem festen
Schaltring mehr auftritt. Steuerhebel und Haltefeder sorgen für
die gewünschte Einwirkung der Fliehkraft.
In einer praktischen Ausführungsform weist der feststehende
Schaltring Schaltfinger auf, die mit dem Steuerhebel zusammen
wirken (Anspruch 2). In einer anderen ist die Wirkverbindung
zwischen Schaltring und Steuerhebel nur reibschlüssig (Anspruch
3). Damit wird in dem einen Fall eine gewissermaßen zwangsläu
fige weil formschlüssige Umschaltung erreicht, im anderen Fall
werden Geräusche vermieden und eine etwas weichere reibschlüs
sige Umschaltung erreicht.
Die reibschlüssige Umschaltung ist besonders weich, wenn der
Steuerhebel verdrehfest, aber unter Federbelastung radial be
weglich mit dem Exzenter verbunden ist (Anspruch 4). In beiden
Fällen ist eine weitere Verbesserung zu erzielen durch einen
Anschlag am Steuerhebel oder Exzenter und ein kleines Verdreh
spiel zwischen beiden (Anspruch 5). Der Anschlag stellt sicher,
daß der durch die Fliehkraft nach außen gedrängte Steuerhebel
auch bei sehr hohen Drehzahlen keine Reibung verursacht und das
Verdrehspiel bewirkt, daß der Eingriff des Steuerhebels nicht
von der Reibung zwischen Exzenter und Anschlag beeinträchtigt
wird.
Obwohl es im Rahmen der Erfindung liegt, verschiedene Klemmkör
per (solange sie nur in beiden Richtungen wirksam sind) einzu
setzen und die Rollenverteilung zwischen Ringen und Käfig ver
schieden zu wählen, so sind in einer hinsichtlich Fertigungs
aufwand und Einbaugröße besonders vorteilhaften Ausbildung die
Klemmkörper Klemmrollen und der erste Ring ist als Innenring
polygonartig ausgebildet (Anspruch 6) und ist weiters der Ex
zenter am Käfig drehbar gelagert (Anspruch 7).
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen näher
erläutert. Es stellen dar:
Fig. 1 Einen Achsialschnitt durch eine erste Ausführungsform;
Fig. 2 Einen Querschnitt nach II-II in Fig. 1;
Fig. 3 Eine erste Skizze zur Erläuterung der Arbeitsweise der
Kupplung nach Fig. 1 und 2;
Fig. 4 Eine zweite Skizze zur Erläuterung der Arbeitsweise
der Kupplung nach Fig. 1 und 2;
Fig. 5 Einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform;
Fig. 6 Einen Querschnitt nach IV-IV in Fig. 5.
In Fig. 1 und 2 ist ein im Antriebsstrang eines allradangetrie
benen Kraftfahrzeuges angeordneter Freilauf dargestellt. Sein
Innenring 1 steht über eine Eingangswelle 2, mit der er durch
eine Keilverzahnung 21 verbunden ist, mit einer permanent ange
triebenen Achse (z. B. mit einer mit einem nicht dargestellten
Motorgetriebeblock vereinten Vorderachse) in Antriebsverbindung
und ist in einem ersten Lagerschild 3 gelagert. Das Lagerschild
3 ist mit einem zweiten Ring 5 fest verbunden, der beispiels
weise mit einer nicht dargestellten Hinterachse antriebsverbun
den ist. Zwischen dem ersten Ring 1, dem Innenring, und dem
zweiten Ring 5, dem Außenring ist eine Reihe von Klemmkörpern 6
angeordnet und von einem Käfig 4 geführt.
Die Klemmkörper 6 können Klemmrollen oder in beiden Richtungen
wirkende symmetrische Klemmkörper sein. Im abgebildeten Frei
lauf sind es Klemmrollen, dementsprechend ist der erste Ring 1
in bekannter Weise polygonförmig ausgebildet, um Anlauframpen
für die Klemmrollen 6 zu schaffen. In dem Käfig 4 ist eine
Exzenterachse 7 befestigt, auf der ein Exzenter 8 drehbar gela
gert ist. Der Exzenter 8 besteht aus einem dem Käfig 4 zuge
wandten Teil mit einer Exzenterfläche 82 und einem abgewandten
Teil, der einen einwärts reichenden Steuerhebel 81 bildet. Die
Exzenterachse 7 ist auch mit einem Reibring 11 fest verbunden,
so daß dieser sich gemeinsam mit dem Käfig 4 dreht, wozu auch
noch weitere nicht dargestellte Verbindungen zwischen Reibring
11 und Käfig 4 vorgesehen sein können. An dem Reibring 11
stützt sich eine Haltefeder 10 ab, die als Drehfeder ausgebil
det ist und bestrebt ist, den Steuerhebel 81 radial einwärts
auszurichten. Der Reibring 11 kann einen Reibbelag aufweisen,
vorzugsweise ist aber eine axial wirkende Wellfeder 12
(Sinusscheibe) vorgesehen, die an der Innenseite eines zweiten
Lagerschildes 13 reibt. Weiters ist im Reibring 11 ein Steuer
hebelanschlag 17 vorgesehen, um die Auslenkung des Steuerhebels
81 durch die Fliehkraft zu begrenzen.
Ein Schaltring 14 ist fest mit einem nicht dargestellten
Gehäuse verbunden, ist also stationär. Er ist an seinem dem
Innenring 1 zugewandten Ende durchbrochen, so daß Schaltfinger
141 und Zwischenräume 142 aufeinanderfolgen (Fig. 2). Zwischen
dem Schaltring 14 und der Eingangswelle 2 ist ein Lager 15 und
zwischen dem Schaltring 14 und dem zweiten Lagerschild 13 ist
ein Lager 16 angebracht. Schließlich ist am ersten Ring 1 noch
eine Anschlagscheibe 18 mittels Schrauben 182 befestigt, von
der sich nach außen ein Anschlagfinger 181 erstreckt, der mit
der Exzenterfläche 82 zusammenwirkt.
Nun wird die Wirkungsweise dieses Freilaufes anhand von Fig. 3
und 4 erläutert: In Fig. 3 sind vier Arbeitsstellungen zu se
hen, und zwar links oben Rückwärtsfahrt im Zugbetrieb, rechts
oben Vorwärtsfahrt im Zugbetrieb, links unten Rückwärtsfahrt im
Schubbetrieb, rechts unten Vorwärtsfahrt im Schubbetrieb. Zum
besseren Verständnis sind die Bewegungspfeile für treibende
Teile durchgezogen, für getriebene Teile strichliert und für
überholende bzw. freilaufende Teile strichpunktiert. Die Dreh
stellung des Exzenters 8 bestimmt die Lage des Anschlagfingers
181 und damit des Innenringes 1 gegenüber dem Käfig 4, in dem
die Achse 7 des Exzenters 8 gelagert ist. Rückwärtsfahrt im
Zugbetrieb entspricht einer der beiden möglichen Momentenfluß
richtungen, hier ist der Winkel 20 zwischen dem Anschlagfinger
181 und dem Exzenter 8 am geringsten. Bei Vorwärtsfahrt und
Schubbetrieb (also etwa beim Bremsen) soll kein Moment übertra
gen werden. Deshalb ist der Exzenter 8 so verdreht, daß er für
den Anschlagfinger 181 als Anschlag dient und so einen Winkel
21 bestimmt. Dieser Winkel entspricht der Neutralstellung der
Klemmkörper 6. Zugbetrieb vorwärts und Schubbetrieb rückwärts
erfordern die andere der beiden möglichen Momentenflußrichtun
gen und daher den größtmöglichen Winkel 22 zwischen dem
Anschlagfinger 181 und dem Exzenter 8.
Es ist noch zu erklären, wie der Exzenter 8 bewegt wird. Das
zeigt Fig. 4. Mit 14 ist der stationäre Schaltring bezeichnet.
Der Exzenter 8 ist ja auf dem Käfig 4 drehbar gelagert und ro
tiert daher mit diesem, was durch einen Pfeil 23 bzw. 24 ange
deutet ist. Auf der linken Bildhälfte oben ist die Stellung des
Exzenters 8 für Rückwärtsfahrt eingezeichnet, sie ist dieselbe
wie auf der linken Bildhälfte von Fig. 3. Der Exzenter 8 bewegt
sich gegenüber dem festen Ring 1 gemäß Pfeil 23. Bei Vorwärts
fahrt (rechte Hälfte von Fig. 4) ist der Exzenter 8 in dersel
ben Winkelstellung wie auf der rechten Bildhälfte von Fig. 3.
In der zusätzlichen obersten Abbildung ist der Anschlagfinger
181 bei hoher Geschwindigkeit durch die Wirkung der Fliehkraft
vom Schaltring 14 abgehoben.
In der unteren Bildhälfte von Fig. 4 sind die Vorgänge beim
Drehrichtungswechsel veranschaulicht. Beim Übergang vom Rück
wärtsfahrt zu Vorwärtsfahrt (Pfeil 25) wechselt ja der Käfig 4
mit dem Exzenter 8 seinen Drehsinn (von dem des Pfeiles 23 zu
dem des Pfeiles 24), dadurch wird der Steuerhebel 81 vom
Schaltfinger 141 erfaßt, in einen Zwischenraum 142 gelenkt und
durch die Relativdrehung zwischen Schaltring 14 und Käfig 4
mitgenommen. Am Ende dieser Bewegung wird er vom Schaltring 14
wieder freigegeben und wird dann wieder unter dem Druck der
Haltefeder 10 (Fig. 1) über den Schaltring 14 gezogen, bei
hoher Drehzahl hebt er ab. Beim Übergang von Vorwärtsfahrt zu
Rückwärtsfahrt (Pfeil 26) wiederholen sich die Vorgänge in
umgekehrter Reihenfolge.
Die in Fig. 5 und 6 dargestellte Ausführungsform unterscheidet
sich von der ersten nur durch die andere Betätigung des Exzen
ters 8. Der Exzenter 8 weist hier anstelle des Steuerhebels 81
der Fig. 1 einen Gleitstein 83 auf, auf dem verschiebbar ein
Steuerhebel 9, der hier ein eigener Bauteil ist, angebracht. Er
verfügt über einen Schlitz 91, der über dem Gleitstein 83 ver
schiebbar ist und eine Feder 92, die den Steuerhebel 9 in seine
innerste Stellung drückt. Der Steuerhebel 9 weist innen eine
Gegenfläche 93 auf, die mit einer Reibfläche 143 des hier nicht
unterbrochenen Schaltringes 14 reibschlüssig zusammenwirkt. Wo
in der Ausführungsform der Fig. 1, 2 der Steuerhebel 81 zwi
schen die Schaltfinger 141 formschlüssig mitgenommen wird, wird
der Steuerhebel 9 hier reibschlüssig in die jeweils andere
Stellung gebracht. Um ein weiches Schalten zu sichern ist es
vorteilhaft, zwischen dem Gleitstein 83 und dem Schlitz 91 ein
(nicht darstellbares) Spiel vorzusehen, das dem Steuerhebel 9
eine gewisse Winkelbeweglichkeit verleiht.
Mit den beschriebenen Konstruktionen wird feste Funktionssi
cherheit in allen Betriebszuständen, also auch in den schwie
rigen Übergangszuständen erreicht, bei minimalen Reibungsver
lusten und ohne externe Steuerung.
Claims (8)
1. Drehrichtungsabhängiger Freilauf, bestehend aus:
- - einem ersten Ring (1), der im Zugbetrieb der treibende Teil ist,
- - einem zweiten Ring (5), der im Zugbetrieb der getriebene Teil ist,
- - Klemmkörpern (6), die zwischen erstem (1) und zweitem (5) Ring in beiden Momentenflußrichtungen wirksam sind,
- - mindestens einem Käfig (4) und
- - einem Reibglied (11), das zwischen Käfig (4) und zweitem Ring (5) wirkt,
dadurch gekennzeichnet, daß er weiters besteht aus:
- - einem feststehenden Schaltring (14),
- - einem Exzenter (8), der am Käfig (4) oder am ersten Ring (1) drehbar gelagert ist und einen Steuerhebel (81; 9) aufweist, welcher unter der Wirkung einer Haltefeder (10) mit dem feststehenden Schaltring (14) zusammenwirkt, solange er nicht durch die der Haltefeder (10) entgegenwirkende Fliehkraft von diesem abhebt,
- - einen Anschlagfinger (181), der mit dem ersten Ring (1) oder mit dem Käfig (4) fest verbunden ist und der durch Zusammen wirken mit dem Exzenter (8) die Relativdrehung zwischen erstem Ring (1) und Käfig (4) begrenzt.
2. Drehrichtungsabhängiger Freilauf nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der feststehende Schaltring (14) Schaltfin
ger (141) aufweist, die mit dem Steuerhebel (81) zusammenwir
ken.
3. Drehrichtungsabhängiger Freilauf nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der feststehende Schaltring (14) eine zy
lindrische Reibfläche (143) aufweist, die mit einer Gegenfläche
(93) des Steuerhebels (9) reibschlüssig zusammenwirkt.
4. Drehrichtungsabhängiger Freilauf nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Steuerhebel (9) verdrehfest, aber ra
dial beweglich mit dem Exzenter (8) verbunden ist, wobei eine
Feder (92) den Steuerhebel (9) auf die Reibfläche (143) des
Schaltringes (14) drückt.
5. Drehrichtungsabhängiger Freilauf nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß Steuerhebel (81; 9) oder Exzenter (8) einen
Anschlag aufweisen und daß zwischen Exzenter (8) und Steuerhe
bel (81; 9) ein kleines Verdrehspiel herrscht.
6. Drehrichtungsabhängiger Freilauf nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Klemmkörper (6) Klemmrollen sind und
der erste Ring (1) der Innenring und polygonartig ausgebildet
ist.
7. Drehrichtungsabhängiger Freilauf nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Exzenter (8) am Käfig (4) drehbar be
festigt ist und der Anschlag (181) mit dem ersten Ring (1) fest
verbunden ist.
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Applications Claiming Priority (1)
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DE4330435A1 true DE4330435A1 (de) | 1995-03-09 |
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Legal Events
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |