DE102009048297A1

DE102009048297A1 - Zweirichtungsschaltbarer Freilauf

Info

Publication number: DE102009048297A1
Application number: DE200910048297
Authority: DE
Inventors: Thorsten Biermann; Michael Bogner; Tomas Dr. Smetana
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-10-05
Filing date: 2009-10-05
Publication date: 2011-04-07

Abstract

Ein zweirichtungsschaltbarer Klinkenfreilauf mit Kupplungsringen (2, 3) weist radial federnde Sperrklinken (4, 5) auf, welche in Ausnehmungen (6) eines Kupplungsrings (2, 3) angeordnet und zum Eingriff in eine Rastkontur (7) des anderen Kupplungsrings (3, 2) vorgesehen sind. Jede Sperrklinke (4, 5) ist in Umfangsrichtung der Kupplungsringe (2, 3) verlagerbar, wobei sie im freilaufenden Betrieb einerseits und im sperrenden Betrieb andererseits in einander entgegengesetzten Extrempositionen in der Ausnehmung (6) angeordnet ist, und wobei die Sperrklinke (4, 5) im freilaufenden Betrieb mit einer an ihrem vorderen Ende ausgebildeten Haltenase (13) eine die Ausnehmung (6) begrenzende, eine radiale Abstützung bildende Haltekontur (14) untergreift.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen als Klinkensperre ausgebildeten, zweirichtungsschaltbaren Freilauf.
Hintergrund der Erfindung
Ein schaltbarer Klinkenfreilauf mit mehreren federnden Sperrklinken je Drehrichtung ist beispielsweise aus der DE 40 26 211 C1 bekannt. Einzelne Sperrklinken sind hierbei mittels eines Steuerrings außer Eingriff zu einer Kupplungsnabe bringbar.
Eine mögliche Verwendung eines zweirichtungsschaltbaren Freilaufs, nämlich in einer Überlagerungslenkung, ist zum Beispiel in der DE 10 2005 027 535 A1 offenbart.
Eine weitere Klinkensperre, welche einzeln angefederte Sperrklinken aufweist, ist beipielsweise aus der US 6,332,520 B1 bekannt. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um eine schaltbare Freilaufkupplung.
Mit Sperrklinken arbeitende Freilaufkupplungen weisen im Freilaufbetrieb typischerweise ein klickendes Geräusch auf, welches durch das Anschlagen der Sperrklinken an mit Rastkonturen versehenen Oberflächen erzeugt wird.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine formschlüssig arbeitende, zweirichtungsschaltbare Freilaufkupplung anzugeben, welche sich durch ein besonders günstiges Geräuschverhalten auszeichnet.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine als Klinkenfreilauf ausgebildete zwei richtungsschaltbare Freilaufkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Unter einer zweirichtungsschaltbaren Freilaufkupplung wird eine schaltbare Freilaufkupplung verstanden, die in einer ersten Schaltstellung eine Drehung in einer ersten Richtung ermöglicht, während eine entgegengesetzte Drehung blockiert wird. In einer zweiten Schaltstellung sind die freigegebene Drehrichtung sowie die blockierende, ein Drehmoment übertragende Funktion gegenüber der ersten Schaltstellung vertauscht.
Der Klinkenfreilauf weist einen inneren Kupplungsring und einen äußeren Kupplungsring, sowie radial angefederte Sperrklinken auf, wobei jede Sperrklinke in einer Ausnehmung eines Kupplungsrings angeordnet und zum Eingriff in eine Rastkontur des anderen Kupplungsrings vorgesehen ist. Mit den Sperrklinken wirkt ein zur Umschaltung zwischen den beiden drehmomentübertragenden Richtungen vorgesehenes Steuerelement zusammen. Jede Sperrklinke ist in der jeweiligen Ausnehmung in Umfangsrichtung der Kupplungsringe verlagerbar, wobei die Sperrklinke im freilaufenden Betrieb einerseits und im sperrenden Betrieb andererseits in einander entgegengesetzten Extrempositionen in der Ausnehmung angeordnet ist, und wobei die Sperrklinke im freilaufenden Betrieb mit ihrem vorderen Ende – bezogen auf die Rotationsrichtung des die Rastkontur aufweisenden Kupplungsrings – eine die Ausnehmung begrenzende, eine radiale Abstützung bildende Haltekontur untergreift.
Durch die Anfederung jeder Sperrklinke ist diese gegen den die Rastkontur aufweisenden Kupplungsring angedrückt, sodass bei einer Rotationsbewegung zwischen den Kupplungsringen, das heißt im freilaufenden Betrieb, stets eine zumindest geringfügige Gleitreibung zwischen der Sperrklinke und dem die Rastkontur aufweisenden Kupplungsring gegeben ist. Diese Gleitreibung sorgt dafür, dass sich die Sperrklinke innerhalb der Ausnehmung, in welcher sie ohne feste Drehachse angeordnet ist, beim Übergang vom blockierten Zustand zum Freilaufbetrieb in Umfangsrichtung verschiebt, wobei die Verschieberichtung als „nach vorne” definiert wird. Der Verschiebeweg der Sperrklinke ist durch die durch die Kontur der Ausmehmung gebildete Haltekontur begrenzt. Die an der Haltekontur anschlagende Sperrklinke ist durch diese Kontur zumindest in demjenigen – vorderen – Bereich der Sperrklinke, der an die Haltekontur anschlägt, trotz der Anfederung in Radialrichtung daran gehindert, in Richtung zu dem die Rastkontur aufweisenden Kupplungsring auszuweichen und vollständig in die Rastkontur einzutauchen. Auf diese Weise werden die ansonsten für formschlüssige, mit Klinken arbeitende Freilaufkupplungen typischen klickenden Geräusche verhindert oder zumindest erheblich gemindert.
Gemäß einer ersten Ausführungsform sind für jede drehmomentübertragende Richtung gesonderte Sperrklinken vorgesehen. Das die Umschaltung zwischen den beiden drehmomentübertragenden Richtungen ermöglichende Steuerelement umfasst hierbei vorzugsweise eine Mehrzahl an Steuersegmenten, wobei jedes Steuersegment zur wahlweisen Deaktivierung einer von zwei in Umfangsrichtung benachbarten, in entgegengesetzten Drehrichtungen wirksamen Sperrklinken vorgesehen ist.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist jede Sperrklinke zur wahlweisen Drehmomentübertragung in einer der beiden möglichen Richtung vorgesehen. In diesem Fall umfasst das Steuerelement vorzugsweise eine Mehrzahl jeweils mit genau einer Sperrklinke zusammenwirkender Steuerstäbe, wobei in bevorzugter Ausgestaltung die Sperrklinke relativ zum Steuerstab in Umfangsrichtung der Kupplungsringe verlagerbar ist. In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist der Steuerstab relativ zum die Ausnehmungen aufweisenden Kupplungsring elastisch auslenkbar.
Bei dem die Ausnehmungen für die Sperrklinken aufweisenden Kupplungsring kann es sich entweder um den Innenring oder um den Außenring des Klinkenfreilaufs handeln.
Der Klinkenfreilauf ist beispielsweise in einem Generatorfreilauf mit Start-Stopp-Funktion oder in einer Sitzhöhenverstellung in einem Kraftfahrzeug verwendbar. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist in einem stufenlosen, mit verstellbaren Kurbeln arbeitenden Getriebe gegeben, welches als Kurbel-CVT bezeichnet wird und prinzipiell beispielsweise in der DE 102 43 535 A1 offenbart ist. Darüber hinaus ist der Klinkenfreilauf auch zum Einsatz in industriellen Anwendungen, das heißt außerhalb des Bereichs Kraftfahrzeuge, geeignet.
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen, teilweise in schematisierter Darstellung:
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 einen Klinkenfreilauf mit separaten Sperrklinken je Drehrichtung in einem ersten Betriebszustand,
2 den Klinkenfreilauf nach 1 in einem zweiten Betriebszustand,
3 einen Klinkenfreilauf mit einheitlichen Sperrklinken für beide Drehrichtungen,
4 ein weiteres Beispiel eines Klinkenfreilaufs mit einheitlichen Sperrklinken.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Gleiche oder gleichwirkende Teile sind in allen Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Im Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 weist ein Klinkenfreilauf 1 einen Innenring 2, einen Außenring 3, sowie eine Anzahl Sperrklinken 4, 5 auf. Jede Sperrklinke 4, 5 ist in einer Ausnehmung 6 des Innenrings 2 angeordnet und je nach Betriebszustand der Freilaufkupplung, das heißt des Klinkenfreilaufs 1, zum Eingriff in eine Rastkontur 7 des Außenrings 3 vorgesehen. Zur Anfederung jeder Sperrklinke 4, 5 in radialer Richtung ist ein in der jeweiligen Ausnehmung 6 angeordnetes Federelement 8 vorgesehen. Der Innenring 2 und der Außenring 3 werden zusammenfassend auch als Kupplungsringe 2, 3 bezeichnet.
Die beiden in den 1 und 2 erkennbaren Sperrklinken 4, 5 sperren in entgegengesetzten Richtungen. In der Anordnung nach 1 kann der Innenring 2 den Außenring 3 im Uhrzeigersinn antreiben, wobei die rechte Sperrklinke 5 aktiv ist, während die in 1 linke Sperrklinke 4 durch ein Steuerelement 9 deaktiviert ist. Das Steuerelement 9 weist eine Mehrzahl von zwischen die Kupplungsringe 2, 3 eingreifenden Steuersegmenten 10 auf, von welchen in 1 nur ein einziges sichtbar ist. Das Steuerelement 9 einschließlich der relativ zueinander starr angeordneten Steuersegmente 10 ist relativ zum Innenring 2 begrenzt verschwenkbar. In der Anordnung nach 1 ist das Steuerelement 9 maximal nach links verschwenkt. Hierbei ist die linke Sperrklinke 4 in die Ausnehmung 6 gedrückt und damit deaktiviert. Die Funktion der rechten Sperrklinke 5 ist dagegen durch das nach links verschwenkte Steuersegment 10 nicht eingeschränkt.
Die Sperrklinken 4, 5 weisen eine radial nach innen verbreiterte Form auf, wobei sich „radial” auf die Rotationsaches des Klinkenfreilaufs 1 bezieht. Die in der Anordnung nach 1 vollständig in die Ausnehmung 6 eintauchende Seite der aktiven Sperrklinke 5 beschreibt eine Führungsnase 11. Der Führungsnase 11 in Umfangsrichtung gegenüber liegend beschreibt die Sperrklinke 5 auf deren radial äußeren Seite eine Sperrnase 12 und auf deren radial innerer Seite eine Haltenase 13. Während die Sperrnase 12 in die Rastkontur 7 eingreift, ist die Haltenase 13 der rechten Sperrklinke 5 in der Anordnung nach 1 ohne Funktion.
Die Haltenase 13 hat eine Funktion beim Freilaufbetrieb des Klinkenfreilaufs 1: Wird, ausgehend von der Anordnung nach 1, der Außenring 3 bei feststehendem Innenring 2 im Uhrzeigersinn gedreht, so wird die Sperklinke 5 durch die zwischen dieser und dem Außenring 3 wirkende Gleitreibung innerhalb der Ausnehmung 6 nach rechts verlagert, bis die Haltenase 13 an einer Haltekontur 14 der Ausnehmung 6 anschlägt. Dabei hintergreift die Haltenase 13 der Sperrklinke 5 die Haltekontur 14 derart, dass die Sperrklinke 5 zumindest im Bereich ihrer Haltenase 13, also im – bezogen auf die tangentiale Bewegung des Außenrings 3 – vorderen Bereich, an einer Auslenkung radial nach außen gehindert ist. Durch das Halten der Sperrklinke 5 in der Ausnehmung 6, nahe am Innenring 2, wird das ansonsten für Klinkenfreiläufe typische, klickende oder ratschende Geräusch unterbunden. Zudem ist das Verschleißverhalten des Klinkenfreilaufs 1, insbesondere bei hohen Drehzahlen von beispielsweise über 100 Umdrehungen/Sekunde, wesentlich verbessert.
Die Anordnung nach 2 unterscheidet sich von der Anordnung nach 1 dadurch, dass das Steuerelement 9 nach rechts verschwenkt ist, wodurch die rechte Sperrklike 5 deaktiviert und die linke Sperrklinke 4 aktiviert ist.
Die Sperrklinken 4, 5 weisen, wie aus den 1 und 2 hervorgeht, eine identische Form auf, sind jedoch spiegelverkehrt, bezogen auf eine Spiegelebene, in welcher die Rotationsachse des Klinkenfreilaufs 1 liegt, in die jeweiligen Ausnehmungen 6 eingesetzt.
In den Ausführungsbeispielen nach den 3 und 4 ist jede einzelne Sperrklinke 4 dazu ausgebildet, wahlweise einer der zwei möglichen drehmomentübertragenden Richtung aktiv zu sein. Das Steuerelement 9 weist im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 mehrere Steuerstäbe 15 auf, die elastisch relativ zum Innenring 2 auslenkbar sind und jeweils mit genau einer Sperrklinke 4 zusammenwirken. Die mögliche Verschwenkung des Steuerelements 9 ist durch einen Winkel φ angegeben. Im weitere Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 weist das Sperrelement 4 auf beien Seiten – bezogen auf die Umfangsrichtung der Kupplungsringe 2, 3 – jeweils eine mit der Rastkontur 7 zusammenwikende Sperrnase 12 und eine mit der Haltekontur 14 zusammenwirkende Haltenase 13 auf.
Bezugszeichenliste

1: Klinkenfreilauf
2: Innenring
3: Außenring
4: Sperrklinke
5: Sperrklinke
6: Ausnehmung
7: Rastkontur
8: Federelement
9: Steuerelement
10: Steuersegment
11: Führungsnase
12: Sperrnase
13: Haltenase
14: Haltekontur
15: Steuerstab
φ: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4026211 C1 [0002]
DE 102005027535 A1 [0003]
US 6332520 B1 [0004]
DE 10243535 A1 [0013]

Claims

Zweirichtungsschaltbarer, einen inneren Kupplungsring (2) und einen äußeren Kupplungsring (3) aufweisender Klinkenfreilauf, mit radial federnden Sperrklinken (4, 5), wobei jede Sperrklinke (4, 5) in einer Ausnehmung (6) eines Kupplungsrings (2, 3) angeordnet und zum Eingriff in eine Rastkontur (7) des anderen Kupplungsrings (3, 2) vorgesehen ist, sowie mit einem mit den Sperrklinken (4, 5) zusammenwirkenden, zur Umschaltung zwischen den beiden drehmomentübertragenden Richtungen vorgesehenen Steuerelement (9), dadurch gekennzeichnet, dass jede Sperrklinke (4, 5) in der jeweiligen Ausnehmung (6) in Umfangsrichtung der Kupplungsringe (2, 3) verlagerbar ist, wobei die Sperrklinke (4, 5) im freilaufenden Betrieb einerseits und im sperrenden Betrieb andererseits in einander entgegengesetzten Extrempositionen in der Ausnehmung (6) angeordnet ist, und wobei die Sperrklinke (4, 5) im freilaufenden Betrieb mit einer an ihrem vorderen Ende – bezogen auf die Rotationsrichtung des die Rastkontur (7) aufweisenden Kupplungsrings (2, 3) – ausgebildeten Haltenase (13) eine die Ausnehmung (6) begrenzende, eine radiale Abstützung bildende Haltekontur (14) untergreift.
Klinkenfreilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jede drehmomentübertragende Richtung gesonderte Sperrklinken (4, 5) vorgesehen sind.
Klinkenfreilauf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (9) eine Mehrzahl an Steuersegmenten (10) umfasst, wobei jedes Steuersegment (10) zur wahlweisen Deaktivierung einer von zwei in Umfangsrichtung benachbarten, in entgegengesetzten Drehrichtungen wirksamen Sperrklinken (4, 5) vorgesehen ist.
Klinkenfreilauf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in entgegengesetzten Drehrichtungen wirksamen Sperrklinken (4, 5) identisch geformt, jedoch spiegelverkehrt in die jeweiligen Ausnehmungen (6) eingesetzt sind.
Klinkenfreilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Sperrklinke (4) zur wahlweisen Drehmomentübertragung in jeder Richtung vorgesehen ist.
Klinkenfreilauf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (9) eine Mehrzahl jeweils mit genau einer Sperrklinke (4) zusammenwirkender Steuerstäbe (15) umfasst.
Klinkenfreilauf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrklinke (4) relativ zum Steuerstab (15) in Umfangsrichtung der Kupplungsringe (2, 3) verlagerbar ist.
Klinkenfreilauf nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerstab (15) relativ zum die Ausnehmungen (6) aufweisenden Kupplungsring (2, 3) elastisch auslenkbar ist.
Klinkenfreilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der die Ausnehmungen (6) aufweisende Kupplungsring (2) als Innenring und der die Rastkontur (7) aufweisende Kupplungsring (3) als Außenring ausgebildet ist.