DE4330435A1 - Selbststeuernder drehrichtungsabhängiger Freilauf - Google Patents

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.