DE102006049771B4

DE102006049771B4 - Schaltbare Freilaufkupplung

Info

Publication number: DE102006049771B4
Application number: DE102006049771.6A
Authority: DE
Inventors: Jörg Bauer; Dipl.-Ing. Johann (FH) Stark
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-10-21
Filing date: 2006-10-21
Publication date: 2016-12-29
Anticipated expiration: 2026-10-22
Also published as: DE102006049771A1

Abstract

Schaltbare Freilaufkupplung, mit • einem rotierbaren Antriebselement (2), • einer vom Antriebselement (2) antreibbaren Welle (4), • einem Drehmomentaufnahmeelement (6), in welches ein Drehmoment vom Antriebselement (2) über die Welle (4) einleitbar ist, • einem zwischen das Antriebselement (2) und das Drehmomentaufnahmeelement (6) geschalteten Freilauf (5), einer zwischen das Antriebselement (2) und das Drehmomentaufnahmeelement (6) geschalteten schaltbaren Kupplung (3), welche mehrere in Axialrichtung der Welle (4) verlagerbare Wälzkörper (9) umfasst, wobei in geschlossener Stellung der Kupplung (3) die Wälzkörper (9) zur Übertragung eines Drehmoments vorgesehen sind, wobei die schaltbare Kupplung (3) zwischen das Antriebselement (2) und die Welle (4) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (2) sowie die Welle (4) unmittelbar mit den Wälzkörpern (9) zusammenwirkende Kupplungselemente bilden, wobei die Welle (4) als axial verschiebbares, zum Schließen und Öffnen der Kupplung (3) geeignetes Schaltelement ausgebildet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine schaltbare Freilaufkupplung, welche einen im Kraftfluss zwischen einem Antriebselement und einem Abtriebselement angeordneten Freilauf umfasst, wobei der Kraftfluss über eine schaltbare Kupplungsvorrichtung herstellbar ist.
Hintergrund der Erfindung
Eine ein- und ausschaltbare Freilaufkupplung ist beispielsweise aus der DE 100 56 597 A1 bekannt. Diese Freilaufkupplung ist in ein Schaltgetriebe eingebaut und weist eine Schaltscheibe auf, die in axialer Richtung verschiebbar ist. Zur Verschiebung der Schaltscheibe ist beispielsweise eine stromdurchflossene Schaltspule vorgesehen. Die Schaltscheibe rotiert mit der Antriebswelle des Schaltgetriebes und kann durch die axiale Verlagerung abgebremst werden. Bei nicht rotierender Antriebswelle ist kein Schaltvorgang vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schaltbare Freilaufkupplung anzugeben, welche besonders für Schaltvorgänge unter Last, auch bei nicht rotierendem Antriebselement, geeignet ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine schaltbare Freilaufkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Freilaufkupplung umfasst eine von einem rotierbaren Antriebselement antreibbare Welle, welche zur Einleitung eines Drehmoments in ein Drehmomentaufnahmeelement geeignet ist. Als Antriebselement ist beispielsweise ein Zahnrad oder eine Riemenscheibe vorgesehen. Das Drehmomentaufnahmeelement kann entweder als nicht rotierendes Teil, insbesondere Gehäuseteil, oder als rotierbares Element, insbesondere Zahnrad, ausgebildet sein. Im Kraftfluss zwischen dem Antriebselement und dem Drehmomentaufnahmeelement befinden sich ein Freilauf und eine schaltbare Kupplung, welche als gesonderte Funktionselemente oder als kombiniertes Funktionselement realisiert sein können. Die Kupplung umfasst vorzugsweise mehrere, mindestens jedoch einen, in Axialrichtung der Welle verlagerbare Wälzkörper, die zwischen einem ersten Kupplungselement und einem zweiten Kupplungselement abrollen, wobei in geschlossener Stellung der Kupplung die Wälzkörper zur vorzugsweise formschlüssigen Übertragung eines Drehmoments zwischen den Kupplungselementen vorgesehen sind.
Durch axiale Verlagerung – bezogen auf die Erstreckungsrichtung der Welle – eines der Kupplungselemente ist somit ein Kraftfluss zwischen den Kupplungselementen herstellbar bzw. lösbar. Bei geschlossener Kupplung ist, sofern sich der Freilauf in blockierender Stellung befindet, ein Drehmoment vom Antriebselement auf das Drehmomentaufnahmeelement übertragbar, während bei geöffneter Kupplung eine Rotation des Antriebselements relativ zum Drehmomentaufnahmeelement in beiden Drehrichtungen freigegeben ist.
Zur Übertragung eines Drehmoments zwischen den Kupplungselementen ist im Extremfall, insbesondere bei geringen Drehmomenten, ein einziger Wälzkörper ausreichend. Vorzugsweise umfasst die Kupplung jedoch mehrere Wälzkörper, welche symmetrisch zu einer Symmetrieachse der Kupplungselemente angeordnet sind. In jedem Fall wird bei geschlossener Kupplung das zwischen den Kupplungselementen wirkende Drehmoment vollständig über den mindestens einen Wälzkörper der Kupplung geleitet. Bei geschlossener Kupplung befinden sich die beiden Kupplungselemente und die Wälzkörper der Kupplung vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene, welche normal zur Rotationsachse des Antriebselements angeordnet ist. Wird ein Drehmoment zwischen den Kupplungselementen übertragen, so wirken in vorteilhafter Weise keine Axialkräfte auf die Wälzkörper der Kupplung. Als Axialkräfte werden hierbei Kräfte bezeichnet, die parallel zur Rotationsachse des Antriebselements gerichtet sind, wobei diese vorzugsweise mit der Symmetrieachse der Welle übereinstimmt. Die Schaltung der Kupplung mittels axialer Verlagerung der Wälzkörper, welche das Drehmoment zwischen den Kupplungsteilen übertragen, hat den Vorteil, dass auch bei unter Last stehender Kupplung ein Schaltvorgang, insbesondere ein Öffnen der Kupplung, mit im Vergleich zum zu übertragenden Drehmoment minimalem Kraftaufwand möglich ist. Lediglich eine Rollreibung zwischen den Wälzkörpern der Kupplung und den Kupplungselementen ist zu überwinden. Als Wälzkörper kommen beispielsweise Kugeln, Zylinderrollen und Kugelrollen in Betracht.
Mindestens eines der Kupplungselemente kann mit einer Komponente des Freilaufs, mit dem Antriebselement, mit der Welle oder mit dem Drehmomentaufnahmeelement identisch sein. Beispielsweise ist die Kupplung durch axiale Verschiebung des Freilaufs schaltbar. Als Freilauf ist ein Klemmkörperfreilauf ebenso wie ein Klemmrollenfreilauf, allgemein zusammenfassend als Klemmfreilauf bezeichnet, geeignet. Vorzugsweise ist der Freilauf als Hülsenfreilauf ausgebildet. Teile dieses Freilaufs sind ebenso wie weitere Komponenten, insbesondere Gehäuseteile, der schaltbaren Freilaufkupplung besonders rationell durch spanlose Umformung von Blechteilen herstellbar. Rotierende Teile der schaltbaren Freilaufkupplung, insbesondere das Antriebselement, können gegenüber nicht rotierenden Teilen durch Dichtungen mit Spalt oder durch schleifende Dichtringe abgedichtet sein. Dichtringe, welche das Antriebselement gegenüber einem Gehäuse abdichten, stellen in bevorzugter Ausgestaltung zugleich einen Abschluss eines allseitig dichten Innenraums der Freilaufkupplung dar, welcher die Welle und/oder den Freilauf aufnimmt. Zur Lagerung von rotierenden Teilen der schaltbaren Freilaufkupplung können die Wälzkörper der Kupplung, gesonderte Wälzlagerungen und/oder Gleitlagerungen vorgesehen sein. Vorzugsweise sind bewegte Teile der schaltbaren Freilaufkupplung mit Öl und/oder Fett lebensdauergeschmiert.
Die auch als Schalteinheit bezeichnete schaltbare Kupplung umfasst ein zu deren Betätigung vorgesehenes Schaltelement, welches mit einem der Kupplungselemente identisch sein kann. In jedem Fall ist die Schalteinheit aus Geräuschgründen vorzugsweise in sich vorgespannt. Bei geschlossener Kupplung sind in vorteilhafter Ausgestaltung die Wälzkörper der Kupplung ohne Spiel in Umfangsrichtung in eine Drehmomentübertragung ermöglichender Weise zwischen den Kupplungselementen angeordnet. Insgesamt kann die Schalteinheit beispielsweise als Segmentteil oder in Form mehrerer um die Symmetrieachse des Freilaufs verteilter Segmentteile ausgeführt sein. Die Schalteinheit befindet sich, so lange sie nicht betätigt wird, vorzugsweise in einem definierten, beispielsweise durch Federkraft eingestellten Zustand. Eine Betätigung der Schalteinheit kann mechanisch, elektromagnetisch, pneumatisch oder hydraulisch vorgesehen sein. In jedem Fall werden beim Schaltvorgang das Schaltelement sowie die Wälzkörper der Kupplung in axialer Richtung der Welle verschoben. Die gesamte schaltbare Freilaufkupplung ist vorzugsweise als Baueinheit ausgebildet, deren Komponenten verliersicher miteinander gekoppelt sind, so dass ein einfacher Einbau der schaltbaren Freilaufkupplung in eine Anschlusskonstruktion möglich ist. Einzelverbindungen von Bauteilen, beispielsweise Welle-Nabe-Verbindungen, sind als form-, reib- oder stoffschlüssige Bauteilverbindungen gestaltbar.
Erfindungsgemäß ist die schaltbare Kupplung zwischen das rotierbare Antriebselement und die Welle geschaltet. Das in die Welle eingeleitete Drehmoment ist über den Freilauf auf das Drehmomentaufnahmeelement übertragbar, welches beispielsweise als nicht drehbares Gehäuseteil ausgebildet ist. Die Kupplungselemente werden unmittelbar durch das Antriebselement und die Welle gebildet, wobei die Welle als axial verschiebbares, zum Schließen und Öffnen der Kupplung geeignetes Schaltelement fungiert. Das Antriebselement ist dagegen relativ zum Gehäuse vorzugsweise axial unverschieblich gelagert. Die axial verschiebliche, das Antriebselement konzentrisch durchdringende Welle ist z. B. als Rund-, Hohl-, Vielkant- oder Profilwelle ausgeführt. Um eine formschlüssige Drehmomentübertrag zwischen dem Antriebselement und der Welle zu ermöglichen, ist ein nicht kreisförmiger Querschnitt der Welle vorteilhaft. Das besonders rationell aus Sintermetall herstellbare Antriebselement weist eine Bohrung auf, welche vorzugsweise dem Profil der Welle angepasst ist, wobei die Wälzkörper der Kupplung unmittelbar auf der Welle sowie auf der die Bohrung begrenzenden Oberfläche des Antriebselements abrollen. Ebenso kann in die Bohrung des Antriebselements eine Hülse eingesetzt sein, welche die Wälzkörper der Kupplung kontaktiert. Diese Gestaltung kommt insbesondere in Betracht, wenn das Antriebselement ansonsten als Kunststoffzahnrad ausgebildet ist. Die im Antriebselement befindliche, beispielsweise mit Kunststoff umspritzte Hülse kann als spanend bearbeitetes oder spanlos umgeformtes Metallteil hergestellt sein. In entsprechender Weise ist eine Herstellung und Nachbearbeitung der Welle durch eine beliebige Kombination spanabhebender und spanloser Verfahren möglich.
Der Freilauf ist ebenso wie das Antriebselement in bevorzugter Ausgestaltung axial unverschieblich im Gehäuse angeordnet. Die zur Drehmomentübertragung zwischen dem Antriebselement und dem Freilauf vorgesehene Welle ist mittels einer Linearlagerung in einer Innenhülse des Freilaufs oder in einem mit der Innenhülse starr verbundenen Teil gelagert. Diese Linearlagerung ist in bevorzugter Ausgestaltung derart vorgespannt, dass sie kein Spiel in Umfangsrichtung aufweist. Um dennoch ein Öffnen oder Schließen der Kupplung mit besonders geringer Betätigungskraft zu ermöglichen, ist die eine Drehmomentübertragung ermöglichende Linearlagerung vorzugsweise als Wälzlagerung ausgebildet. Die Wälzkörper dieser Wälzlagerung sind hinsichtlich Form und Größe vorzugsweise mit den Wälzkörpern der schaltbaren Kupplung identisch. Mehrere Wälzkörper können eine ringförmig um die Welle angeordnete Kugelreihe bilden, wobei die Linearlagerung insgesamt mehrere derartige Kugelreihen umfassen kann. Die Anzahl der Wälzkörper pro Kugelreihe stimmt vorzugsweise mit der Anzahl der Kugelreihen überein. Jede Kugelreihe umfasst typischerweise mindestens zwei Wälzkörper. Es ist jedoch auch möglich, dass jeder Wälzkörper in einer gesonderten, zur Symmetrieachse der schaltbaren Kupplung normalen Ebene angeordnet ist. In jedem Fall sind die nicht notwendigerweise als Kugeln ausgebildeten Wälzkörper der Linearlagerung in einem Käfig geführt, der vorzugsweise zugleich die Wälzkörper der schaltbaren Kupplung führt.
Die mindestens eine Kugelreihe der Linearlagerung und die ringförmig zwischen dem Antriebselement und der Welle angeordneten Wälzkörper der schaltbaren Kupplung beschreiben vorzugsweise Teilkreise mit übereinstimmendem Durchmesser. Die Welle weist in diesem Fall im Bereich des Antriebselements sowie im Bereich des Freilaufs den gleichen Querschnitt auf. Abweichend hiervon kann eine Abstufung der Welle zwischen dem Antriebselement und dem Freilauf vorgesehen sein, wobei sich der Durchmesser der Welle zum Antriebselement hin vergrößert. Der vergrößerte Wellendurchmesser dient der Reduzierung der auf die Wälzkörper zwischen der Welle und dem Antriebselement, d. h. die Wälzkörper der schaltbaren Kupplung, wirkenden Kräfte. Die Wälzkörper der Linearlagerung befinden sich in diesem Fall im Vergleich zu den Wälzkörpern der Kupplung zwar näher an der Rotationsachse, doch ist das zu übertragende Drehmoment auf mehrere Kugelreihen aufgeteilt.
Unabhängig davon, ob die Welle einen konstanten, sich von der schaltbaren Kupplung bis zum Freilauf erstreckenden Durchmesser hat, verlagert sich der im Bereich der Kupplung und im Bereich des Freilaufs Wälzkörper führende Käfig bei einer Axialverschiebung der Welle mit etwa der halben Geschwindigkeit der Welle. Vorzugsweise ist der Käfig, welcher beispielsweise als Spritzgussteil aus Kunststoff oder als Metallteil mittels spanender oder nicht spanender Verfahren, z. B. aus Stahl oder aus einem Nichteisenwerkstoff, hergestellt ist, mit Federkraft vorgespannt. In vorteilhafter Ausgestaltung ist ein erstes Federelement zwischen einen fest mit der Welle verbundenen Anschlag und einen an den Käfig angeformten Flansch gespannt, während ein zweites Federelement zwischen den Flansch und ein axial relativ zum Antriebselement sowie zum Drehmomentaufnahmeelement unverschiebliches Teil gespannt ist. Die Funktion des Flansches kann hierbei durch ein beliebiges, nicht notwendigerweise ringförmig umlaufendes Anschlagselement übernommen werden. Beispielsweise können als Anschlag mehrere segmentartig angeordnete Vorsprünge in radialer Richtung aus dem ansonsten im Wesentlichen zylindrischen Käfig hervorragen. Entsprechendes gilt für die Geometrie des fest mit der Welle verbundenen Anschlags. Zwischen diesen Anschlag und das Gehäuse der schaltbaren Freilaufkupplung ist vorzugsweise eine weitere in Axialrichtung der Welle wirkende Feder gespannt, welche im Vergleich zu den beiden vorgenannten, am Flansch des Käfigs anschlagenden Federn eine wesentlich größere Federkraft ausübt. Die zwischen die Welle und das Gehäuse oder ein relativ zum Gehäuse in Axialrichtung unverschiebliches Teil gespannte Feder stellt sicher, dass sich die schaltbare Kupplung, so lange keine weiteren Kräfte in Axialrichtung auf die Welle wirken, in einem definierten Zustand befindet. Hierbei kann es sich entweder um den geöffneten, d. h. freigeschalteten Zustand der Kupplung oder um den geschlossenen Zustand handeln. Die axiale Positionierung der Welle ist in diesem Zustand durch einen Anschlag, an welchem die Welle anliegt, exakt bestimmt. In entsprechender Weise kann eine oder jede Endposition des Käfigs durch einen Anschlag festgelegt sein. In raumsparender Weise sind die zwei am Käfig angreifenden Federn sowie die zwischen die Welle und das Gehäuse gespannte Feder als konzentrisch zur Welle angeordnete Schraubenfedern ausgebildet. Alle genannten Federn sind auf der dem Freilauf abgewandten Seite des Antriebselemente anordenbar und weisen bevorzugt einen zumindest annähernd übereinstimmenden Durchmesser auf.
Zur Axialverschiebung der Welle und damit zur Betätigung der Kupplung kann ein Aktuator, beispielsweise ein fluidbetätigter, das heißt pneumatischer oder hydraulischer, oder ein elektromagnetischer Aktuator, vorgesehen sein. Ebenso kommt eine manuelle Verschiebung der Welle in Betracht. In jedem Fall können die zwischen der Welle und dem Antriebselement angeordneten Wälzkörper, welche bei geschlossener Kupplung zur Drehmomentübertragung zwischen dem Antriebselement und der Welle vorgesehen sind, bei geöffneter Kupplung die Wälzkörper eines Rotativ-Wälzlagers zwischen dem Antriebselement und der Welle bilden. Das Antriebselement weist zu diesem Zweck eine von der Welle durchdrungene Bohrung mit zwei axial benachbarten Abschnitten auf, wobei der erste Abschnitt zur Drehmomentübertragung von dem Antriebselement über die Wälzkörper auf die Welle geeignet ist und der zweite Abschnitt der drehbaren Lagerung des Antriebselementes auf der Welle dient. Während der letztgenannte Abschnitt eine das Abrollen der Wälzkörper in Umfangsrichtung ermöglichende zylindrische Grundform aufweist, ist im zur Drehmomentübertragung vorgesehenen Abschnitt bevorzugt eine Verzahnungsstruktur ausgebildet. Die Wälzkörper der Kupplung sind in einzelnen Nuten dieser Verzahnungsstruktur positionierbar, wobei im Sinne einer Übergangspassung ein Spiel zwischen den Wälzkörpern und den sich in axialer Richtung erstreckenden Nuten vorgesehen ist. Um ein noch leichteres Einkuppeln zu ermöglichen, sind am Übergang zwischen den beiden Abschnitten des Antriebselements Einlaufschrägen angeordnet. Damit ist die Kupplung insbesondere zum Schalten unter Last geeignet.
Ähnlich wie der zur Drehmomentübertragung geeignete Abschnitt des Antriebselements beschreibt auch die Innenhülse des Freilaufs oder ein mit der Innenhülse des Freilaufs fest verbundenes Teil in bevorzugter Ausgestaltung eine zur formschlüssigen Drehmomentübertragung geeignete Verzahnungsstruktur, wobei die Kraftübertragung über Wälzkörper erfolgt. Im letztgenannten Fall, d. h. im Fall der Linearlagerung, ist jedoch im Unterschied zur schaltbaren Kupplung kein Auskuppeln vorgesehen, so dass ein geringeres Spiel zwischen Axialnuten an der Innenseite der Innenhülse des Freilaufs und den in diesen Nuten abrollenden Wälzkörpern gewählt werden kann. Abgesehen von dem eventuell unterschiedlichen Spiel fluchtet bei geschlossener Kupplung die Verzahnungsstruktur des zur Drehmomentübertragung vorgesehenen Abschnitts des Antriebselements mit der Verzahnungsstruktur der Linearlagerung, sofern die Welle ein einheitliches Profil aufweist. Wird eine Verschiebung der Welle lastabhängig ausgelöst, so fungiert die schaltbare Freilaufkupplung insgesamt als Lastschalteinheit. Eine solche Schalteinheit ist beispielsweise als Überlastsicherung verwendbar. Allgemein kann die schaltbare Freilaufkupplung in vielfältiger Weise als Montage- und Demontageelement, Schaltelement oder Sicherheitselement in beliebigen stationären oder mobilen Anwendungen eingesetzt werden.
Die vorstehend beschriebenen Vorteile gelten auch für eine Ausführungsform, in der die schaltbare Kupplung zwischen den Freilauf und das Drehmomentaufnahmeelement geschaltet ist. In dieser Bauform weist die Kupplung vorzugsweise einen axial verschiebbaren, den Freilauf umschließenden Schaltring oder eine Anzahl beispielsweise segmentartig ausgebildeter Schaltelemente auf. Im Unterschied zum Schaltring beziehungsweise zum mindestens einen Schaltelement befinden sich das Antriebselement, die Welle, der Freilauf und das Drehmomentaufnahmeelement in axial unveränderlicher Position. Parallel zur schaltbaren Kupplung befindet sich – im logischen Sinne – vorzugsweise eine Wälzlagerung zwischen dem Freilauf und dem Drehmomentaufnahmeelement, welches als rotierbares Element beispielsweise eine Außenverzahnung aufweist.
In allen Ausführungsformen der Freilaufkupplung kann eine Betätigung des Antriebselements beispielsweise durch ein weiteres Zahnrad oder durch eine bolzenförmiges Betätigungselement vorgesehen sein. Letztgenanntes Betätigungselement kann hierbei entweder als Schneckenrad oder als Zahnstange ausgebildet sein. Die Verwendung einer Zahnstange kommt insbesondere in Anwendungsfällen in Betracht, in denen die schaltbare Freilaufkupplung nicht primär zur permanenten Übertragung einer Bewegung, sondern zur Sicherung einer bestimmten Position des Betätigungselements bestimmt ist.
In gewichtsoptimierter Bauweise ist mindestens eine der einzelnen Komponenten der schaltbaren Freilaufkupplung, das heißt das Antriebselement, die Welle, der Freilauf und/oder das Drehmomentaufnahmeelement, zumindest teilweise aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung, beispielsweise einer Titan-Aluminium-Legierung, gefertigt. Als Beschichtungen von Komponenten der schaltbaren Freilaufkupplung kommen insbesondere Hartstoffschichten, die Aluminiumoxid und/oder Titandioxid umfassen, in Betracht. Derartige Schichten sind durch Aufspritzen oxidkeramischer Pulver auf metallische Grundwerkstoffe herstellbar. Für die Beschichtung von Stahl als Grundwerkstoff einer Komponente der schaltbaren Freilaufkupplung, beispielsweise der Welle oder des Antriebselementes, ist insbesondere das PVD-Verfahren sowie das plasmaunterstützte CVD-Verfahren (physical vapour deposition, chemical vapour deposition) geeignet. In diesem Zusammenhang wird auf die Veröffentlichung „Lager-Lösungen für die Productronic” der INA-Schaeffler KG, Industriestr. 1–3, D-91074 Herzogenaurach (November 2005) verwiesen. Nach den genannten Verfahren erzeugte Schichten sind unter der Marke „Triondur” bekannt. Als weitere geeignete Beschichtungen von Komponente der schaltbaren Freilaufkupplung sind Zink-Eisen- oder Zink-Eisen-Cobalt-Beschichtungen, welche unter der Marke „Corrotect” auf dem Markt sind, zu nennen. Es wird hierzu ebenfalls auf die genannte Schaeffler-Veröffentlichung verwiesen.
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer schaltbaren Freilaufkupplung,
2 eine kombinierte Lager- und Drehmomentübertragungsvorrichtung der Freilaufkupplung nach 1,
3a, b eine Hülse als Teil der Vorrichtung nach 2,
4 einen Käfig mit mehreren in diesem geführten Wälzkörpern als weiteres Teil der Vorrichtung nach 2,
5a, b verschiedene für die Freilaufkupplung nach 1 mögliche Käfigformen,
6, 7 verschiedene mögliche Geometrien von drehmomentübertragenden Komponenten der Freilaufkupplung nach 1,
8, 9 ein für die Freilaufkupplung nach 1 mögliches Antriebselement ohne bzw. mit Einlaufschrägen für Wälzkörper,
10a–d in verschiedenen Schnitten das Antriebselement nach 9, und
11 ein zweites Ausführungsbeispiel einer schaltbaren Freilaufkupplung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die 1 zeigt eine schaltbare Freilaufkupplung 1, die ein Zahnrad als Antriebselement 2, eine schaltbare Kupplung 3, eine vom Zahnrad 2 bei geschlossener Kupplung 3 antreibbare Welle 4, einen Freilauf 5 sowie ein Gehäuse als Drehmomentaufnahmeelement 6 umfasst. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Antriebselement 2 mittels eines weiteren Zahnrads 7 antreibbar, welches mit Hilfe eines Nadellagers 8 im Gehäuse 6 gelagert ist. Ebenso wäre ein Antrieb des eine Komponente der schaltbaren Freilaufkupplung 1 bildenden Antriebselements 2 beispielsweise mittels eines Ketten- oder Riementriebs möglich. Auch ein elektrischer Direktantrieb des rotierbaren Antriebselements 2 ist realisierbar.
Die schaltbare Kupplung 3, welche einen Drehmomentfluss vom Antriebselement 2 zum Freilauf 5 wahlweise herstellen oder aufheben kann, weist als Kupplungselemente das Antriebselement 2 sowie die Welle 4 auf. Die mit R bezeichnete Rotationsachse der Welle 4 ist mit der Symmetrieachse des Antriebselements 2 sowie des Freilaufs 5 identisch. Die Drehmomentübertragung vom Antriebselement 2 als erstem Kupplungselement auf die Welle 4 als zweites Kupplungselement erfolgt, sofern die Kupplung 3 geschlossen ist, über mehrere Wälzkörper 9, nämlich Kugeln, die im zwischen der Welle 4 und dem Antriebselement 2 gebildeten Ringraum angeordnet sind. Die Wälzkörper 9 der Kupplung 3 sind in einem Käfig 10 geführt, der zugleich der Führung von Wälzkörpern 11 dient, die Teile einer Wälzlagerung 12, nämlich Linearlagerung, zwischen der Welle 4 und dem Freilauf 5 sind. Bei den Wälzkörpern 11 der Linearlagerung 12 handelt sich es um Kugeln, die hinsichtlich Form und Größe mit dem Wälzkörpern 9 der schaltbaren Kupplung 3 identisch sind. Die Linearlagerung 12 ist dazu ausgebildet, ein Drehmoment von der Welle 4 auf eine Innenhülse 13 des Freilaufs 5 zu übertragen, wobei die Kraftübertragung vollständig über die Wälzkörper 11 erfolgt.
Der Freilauf 5 ist im Ausführungsbeispiel nach 1 als Hülsenfreilauf ausgebildet, wie prinzipiell beispielsweise aus der DE 42 10 560 C2 bekannt. In nicht näher dargestellter Weise kann es sich auch um einen Hülsenfreilauf mit zusätzlicher Wälzlagerung handeln, dessen Bauart grundsätzlich zum Beispiel aus der DE 42 16 055 C2 bekannt ist. Der Freilauf 5 weist eine als spanlos umgeformtes Blechteil ausgebildete Außenhülse 14 auf, welche fest mit einem Teil des Gehäuses 6, nämlich mit einer ersten Gehäuseschale 15, verbunden ist. Die erste Gehäuseschale 15 ist mittels einer Verschraubung 16 mit einer zweiten Gehäuseschale 17 verbunden, wobei sich die Zahnräder 2, 7 in einer Mittelebene zwischen den Gehäuseschalen 15, 17 befinden. Das als Antriebselement fungierende Zahnrad 2 ist gegenüber den Gehäuseschalen 15, 17 mit Hilfe von Dichtringen 18, 19 abgedichtet. Der auf der Seite des Freilaufs 5 angeordnete Dichtring 19 liegt mit seinem radial inneren Rand an der Außenhülse 14 an, während der auf der gegenüberliegende Seite des Antriebselement 2 angeordnete Dichtring 18 an dessen innerem Rand an einem Gehäuseinnenteil 20 anliegt. Das Gehäuseinnenteil 20 ist als spanlos hergestelltes Blechteil starr in der zweiten Gehäuseschale 17 angeordnet. Das im wesentlich hülsenförmige Gehäuseinnenteil 20 weist auf dessen dem Antriebselement 2 abgewandeter Stirnseite eine von der Welle 4 durchdrungene Öffnung 21 auf. Die aus dem Gehäuseinnenteil 20 herausragende Welle 4 taucht an dieser Stelle in eine mittels einer Verschraubung 22 mit dem Gehäuse 6 verbundene Gehäusekappe 23 ein. Die Gehäusekappe 23 umschließt zusammen mit den Gehäuseschalen 15, 17 einen Innenraum der schaltbaren Freilaufkupplung 1, in welchem sowohl die Welle 4 als auch der Freilauf 5 vollständig angeordnet sind. Mit Ausnahme des Antriebselements 2, welches axial zwischen den Dichtringen 18, 19 angeordnet ist, durchdringen keine bewegten Teile die Grenze zwischen dem Innenraum der schaltbaren Freilaufkupplung 1 und dem diesen umgebenden Außenraum. Eine weitere Ausnahme könnte eine Durchführung der Welle 4 durch mindestens eine der Gehäuseschalen 15, 17 oder durch die Gehäusekappe 23 darstellen. Auch in diesem Fall wäre eine insbesondere die Wälzkörper 9 der Kupplung 3 sowie die Linearlagerung 12 vollständig einschließende Baueinheit gebildet, welche einen Schutz vor äußeren Einflüssen, beispielsweise durch Schmutz oder korrosive Medien, bietet.
Die Gehäusekappe 23 beinhaltet einen eine Wicklung 24 aufweisenden elektromagnetischen Aktuator 25, der dazu ausgebildet ist, die als Schaltelement der Kupplung 3 fungierende Welle 4 in axialer Richtung zu verschieben. In nicht näher dargestellter Weise ist es möglich, den Aktuator 25 als Doppelmagnetsystem auszubilden, welches geeignet ist, die Welle 4 aktiv in beide Richtungen zu verlagern. In einer vereinfachten Variante ist dagegen, wie in 1 dargestellt, der elektromagnetische Aktuator 25 lediglich dazu vorgesehen, eine Kraft in einer bestimmten Richtung auf die Welle 4 auszuüben. In entgegengesetzter Richtung wirkt auf die Welle 4 die Kraft einer Feder 26, welche im Gehäuseinnenteil 20 angeordnet ist. Die als Schraubenfeder um die Welle 4 gelegte Feder 26 stützt sich dabei einerseits an einer stirnseitigen, die Öffnung 21 umgebenden Wandung 27 des Gehäuseinnenteils 20 und andererseits an einer mittels einer Mutter 28 auf der Welle 4 befestigten, als Anschlag 29 dienenden Scheibe ab.
Wird die Welle 4 in axialer Richtung im Gehäuse 6 verschoben, so verschiebt sich auch der Käfig 10, jedoch im Vergleich zur Welle 4 nur um den halben Betrag. An den Käfig 10 ist stirnseitig an dessen dem Aktuator 25 zugewandter Seite ein Flansch 30 angeformt, welcher innerhalb des Gehäuseinnenteils 20 angeordnet ist. Dieser Flansch 30 dient als Anschlag für zwei Federelemente 31, 32 die wie die Feder 26 als Schraubenfedern konzentrisch zur Welle 4 angeordnet, jedoch wesentlich schwächer als die Feder 26 sind. Während das erste Federelement 31 zwischen den relativ zur Welle 4 festen Anschlag 29 und den Flansch 30 gespannt ist, ist das zweite Federelement 32 zwischen den Flansch 30 und ein relativ zum Gehäuse 6 nicht in axialer Richtung bewegliches Teil gespannt. In der Anordnung nach 1 handelt sich bei diesem Teil um das Antriebselement 2; ebenso käme hierfür auch ein nicht rotierendes Teil in Betracht. Die beiden gleichartigen Federelemente 31, 32 üben im bestimmungsgemäßen Betrieb keine resultierende Kraft auf den Käfig 10 aus. Würde sich bei vielfach wiederkehrender axialer Verschiebung der Welle 4 die Positionierung des Käfig 10 relativ zur Welle 4 allmählich verändern, so entstünde eine unsymmetrische Kraftbeaufschlagung durch die Federelemente 31, 32. Diese einseitige Belastung auf den Käfig 10 würde wiederum dafür sorgen, dass im Laufe weiterer Axialbewegungen der Welle 4 die korrekte Relation zwischen der Position des Käfig 10 und der Position der Welle 4 wiederhergestellt wird.
In der Anordnung nach 1 liegt die Welle 4 an einem Endanschlag 33 in der Gehäusekappe 23 an. In analoger Weise kann auch ein Endanschlag in der entgegengesetzten Richtung, nämlich an der Innenseite der Gehäuseschale 15, vorgesehen sein. Ebenso ist eine Begrenzung des Verschiebewegs des Käfigs 10 durch Anschläge möglich. In der Regel wird die schaltbare Freilaufkupplung 1 nur betrieben, wenn sich die Welle 4 sowie der Käfig 10 in einer der beiden möglichen Endstellungen befinden. In der ersten, in 1 dargestellten Endstellung ist die Kupplung 3 freigeschaltet. Die Wälzkörper 9 der Kupplung 3 liegen hierbei an einer zylindrischen Wandung des Antriebselements 2 an. Sofern die Welle 4 in dem entsprechenden axialen Bereich ebenfalls eine zylindrische Oberfläche aufweist, ist eine wälzgelagerte Rotation des Antriebselements 2 relativ zur Welle 4 möglich. Ansonsten ist in der freigeschalteten, das heißt geöffneten Stellung der Kupplung 3 zumindest eine Rotation des Antriebselements 2 relativ zur Welle 4 mit gleitender Reibung möglich.
Wird der Aktuator 25 abgeschaltet, so schiebt die als Druckfeder ausgebildete Feder 26 die Welle 4 in die in 2 dargestellte Endstellung, in welcher der Flansch 30 des Käfigs 10 am Antriebselement 2 anschlägt. Die in 2 dargestellte Anordnung wird insgesamt als Lager- und Drehmomentübertragungsvorrichtung 34 bezeichnet und unterscheidet sich von den entsprechenden Komponenten der Anordnung nach 1 lediglich dadurch, dass die Linearlagerung 12 zusätzliche Wälzkörper 11 umfasst. Das Funktionsprinzip der Lager- und Drehmomentübertragungsvorrichtung 34 ist hiervon nicht berührt. Die Wälzkörper 11 der Linearlagerung 12 bilden in der Anordnung nach 2 drei ringförmig um die Welle 4 angeordnete Reihen 35, wobei jeder einzelne Wälzkörper 11 in einer sich in axialer Richtung erstreckenden Nut 36 geführt ist, wie auch aus den 3a und 3b, die die Innenhülse 13 zeigen, hervorgeht. Die Innenhülse 13, welche mittels der Linearlagerung 12 relativ zur Welle 4 zwar axial beweglich, jedoch nicht rotierbar ist, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zugleich ein Teil des als Hülsenfreilauf ausgebildeten Freilaufs 5. Die in 2 nicht dargestellten Klemmrollen des Freilaufs 5 kontaktieren dabei unmittelbar die äußere Oberfläche der Innenhülse 13. Ebenso ist es in einer aufwendigeren Bauform möglich, eine Innenhülse oder einen Innenring des Freilaufs 5 fest mit einer äußeren Hülse oder einem äußeren Ring der Linearlagerung 12 zu verbinden. In allen Fällen wird bei blockierendem Freilauf 5 und geschlossener Kupplung 3 ein Drehmoment vom Antriebselement 2 über die Wälzkörper 9, die Welle 4, die Wälzkörper 11 und den Freilauf 5 in das als starres Drehmomentaufnahmeelement 6 dienende Gehäuse eingeleitet.
Der in 4 dargestellte Käfig 10 der Lager- und Drehmomentübertragungsvorrichtung 34 ist vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt. Ebenso ist auch eine Fertigung des Käfigs 10 aus Metall möglich, wobei spanende und oder spanlose Fertigungsverfahren anwendbar sind. Verschiedene mögliche Querschnitte von Käfigen 10 sind in den 5a und 5b dargestellt. Die Ausführungsform nach 5b entspricht der Bauform nach 4. Dagegen ist die Käfiggeometrie nach 5a beispielsweise für den in 6 dargestellten Querschnitt von Welle 4 und Innenhülse 13 geeignet. Die Welle 4 weist hierbei drei am Umfang verteilte Abflachungen 37 auf, an denen – im Querschnitt betrachtet – jeweils ein Wälzkörper 11 anliegt. Bei einer beginnender Verdrehung der Welle 4 relativ zur Innenhülse 13 verlagern sich die Wälzkörper 11 geringfügig auf der jeweiligen Abflachung 37 und werden hierbei radial nach außen gedrückt. Auf diese Weise erfolgt eine reibschlüssige Mitnahme der in diesem Fall eine zylindrische Innenwandung 38 aufweisenden Innenhülse 13. Abweichend von der Darstellung nach 5a ist im Ausführungsbeispiel nach 6 auch ein aus Metall gefertigter Käfig verwendbar.
Eine vollständig formschlüssige Drehmomentmitnahme zwischen der Welle 4 und der Innenhülse 13 ist im Ausführungsbeispiel nach 7 gegeben. Die Wälzkörper 11 sind hierbei als Zylinderrollen ausgebildet, die jeweils gleichzeitig in eine Nut 36 der Innenhülse 13 und eine im Querschnitt V-förmige Nut 39 der Welle 4 eingreifen. In jeder Nut 39 sind mehrere Wälzkörper 11 in Form unterquadratischer Rollen in axialer Richtung wechselseitig verbaut, wobei vorzugsweise mindestens drei Wälzkörper 11 pro Nut 39 vorhanden sind.
Die Funktion des Antriebselements 2 als Kupplungselement der schaltbaren Kupplung 3 wird im folgenden anhand der 8 und 9 näher erläutert. Eine Bohrung 40 des eine Außenverzahnung 41 aufweisenden Antriebselements 2 weist zwei axial benachbarte Abschnitte 42, 43 auf. Bei geöffneter Kupplung 3 befinden sich die Wälzkörper 9 im ersten, zylindrischen Abschnitt 42, während sie sich bei geschlossener Kupplung 3 im zweiten Abschnitt 43 befinden, welcher eine Verzahnungsstruktur 44 aufweist, die mit einer Verzahnungsstruktur 45 der Innenhülse 13 (3b) fluchtet. Innerhalb der Verzahnungsstruktur 44 sind mehrere in axialer Richtung verlaufende Nuten 46 ausgebildet, in denen jeweils ein Wälzkörper 9 positionierbar ist und die von einander durch Erhebungen 47 getrennt sind. Um die Verlagerung eines Wälzkörpers 9 vom ersten, glatten Abschnitt 42 in eine Nut 46 zu erleichtern, ist im Ausführungsbeispiel nach 9 im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach 8 am Übergang zwischen den Nuten 46 und den Erhebungen 47 jeweils eine Einlaufschräge 48 gebildet. Die Kupplung 3 ist damit besonders auch für Schaltvorgänge unter Last geeignet. Die Veränderung des Profils der Bohrung 40 längs der Symmetrieachse R geht auch aus den 10a bis 10d hervor.
Ein zweites Ausführungsbeispiel einer lastschaltbaren Freilaufkupplung ist in 11 dargestellt. In diesem Fall ist das rotierbare Antriebselement 2 einteilig mit der Welle 4 ausgebildet, das heißt die Welle 4 selbst weist die Außenverzahnung 41 auf. In die Welle 4 ist ein Drehmoment mittels eines Schneckenrads 49 einleitbar, das die Funktion des Zahnrades 7 nach 1 übernimmt. Anstelle des Schneckenrads kann ein beliebiges bolzenförmiges Betätigungselement 49, beispielsweise eine Zahnstange, vorgesehen sein. Dies gilt auch für das Ausführungsbeispiel nach 1. Das in die Welle 4 eingeleitete Drehmoment wird in der Bauform der Freilaufkupplung 1 nach 11 über einen Freilauf 5, sofern sich dieser in blockierender Stellung befindet, weitergeleitet an einen Außenring 50. In nicht aus 11 ersichtlicher Weise sind an der inneren Kontur des Außenrings 50 Klemmrampen gebildet, die in Zusammenwirkung mit Klemmrollen des Freilaufs 5 dafür sorgen, das eine Rotation der Welle 4 relativ zum Außenring 50 in einer ersten Drehrichtung freigegeben ist, während sie in einer zweiten Drehrichtung blockiert ist. Die Welle 4 hat im Bereich des Freilaufs 5 einen kreisrunden Querschnitt und bildet unmittelbar die Innenlaufbahn der Klemmrollen des Freilaufs 5. Den parallel zur Rotationsachse R angeordneten Klemmrollen ist in axialer Richtung jeweils ein Dichtring 51 benachbart, welcher jeweils an einer Verliersicherung 52, die eine axiale Verschiebung des Außenrings 50 relativ zur Welle 4 verhindert, anliegt.
Der Außenring 50 ist umgeben von einem als Wälzlager ausgebildeten Radiallager 53 sowie einer diesen axial benachbarten schaltbaren Kupplung 3. Während ein Innenring 54 des Kugeln 55 als Wälzkörper aufweisenden Wälzlagers 53 fest mit dem Außenring 50 des Freilaufs 5 verbunden ist, ist ein Außenring 56 des Wälzlagers 53 mit dem Drehmomentaufnahmeelement 6 verbunden. Letztgenanntes Element ist im vorliegenden Fall als rotierbares Zahnrad 6 mit einer Verzahnung 57 ausgebildet.
Die schaltbare Kupplung 3 weist im Ausführungsbeispiel nach 11 zwei konzentrische, in einer gemeinsamen Ebene liegende Reihen 58, 59 von Wälzkörpern 9 auf. Während die innere Reihe 58 die Außenseite des Außenrings 50 des Freilaufs 5 kontaktiert, liegt die äußere Reihe 59 an der Innenseite des als Abtrieb fungierenden Drehaufnahmeelements 6 an. Radial zwischen die jeweils aus einzelnen Wälzkörpern 9 gebildeten Reihen 58, 59 greift ein Schaltring 60 als manuell betätigbares Schaltelement der Kupplung 3 ein. Sowohl in der äußeren Oberfläche des Außenrings 50 und in der inneren Oberfläche des Zahnrads 6 als auch in der inneren sowie äußeren Oberfläche des Schaltrings 60 befinden sich in axialer Richtung verlaufende Nuten 61, die in Zusammenwirkung mit den zwischen dem Schaltring 60 und dem Außenring 50 bzw. dem Zahnrad 6 angeordneten Wälzkörpern 9, nämlich Kugeln, sicherstellen, dass bei geschlossener Kupplung 3 die Winkellage des Schaltrings 60 relativ zum Außenring 50 sowie zum Zahnrad 6 fixiert ist. Der Schaltring 60 kann entweder als vollständiger Ring um den gesamten Umfang des Freilaufs 5 verlaufen oder den zwischen dem Außenring 50 und dem als Drehmomentaufnahmeelement vorgesehenen Zahnrad 6 gebildeten Ringraum lediglich segmentweise ausfüllen. Ein Abschnitt des Schaltrings 60 hat einen T-förmigen Querschnitt mit einem Axialabschnitt 62 und einem Radialabschnitt 63. Der Radialabschnitt 63 schließt den Ringraum zwischen dem Außenring 50 und dem Zahnrad 6 nahezu ab und liegt bei geschlossener Kupplung 3, wie in 11 dargestellt, an einer im Außenring 50 gehaltenen Anschlagscheibe 64 an. Der Schaltring 60 wird hierbei durch die Kraft einer Schraubenfeder 65 beaufschlagt, die sich einerseits am Axialabschnitt 62 und anderseits an einem am Innenring 54 des Wälzlagers 56 anliegenden Anschlagring 66 abstützt. Um die Kupplung 3 zu öffnen, ist der Schaltring 60 gegen die Kraft der Schraubenfeder 65 in Richtung zum Anschlagring 66 axial zu verschieben. Das Zahnrad 6 ist dann mittels des Radiallagers 53 wälzgelagert relativ zum Außenring 50 des Freilaufs 5 rotierbar. Im Falle eines feststehenden Drehmomentaufnahmeelements 6 ist die Kupplung 3 auch bei blockierendem Freilauf 5 lösbar, sodass eine Rotation der Welle 4 und damit eine lineare Verschiebung des bolzenförmigen Betätigungselements 49 freigegeben wird.
Bezugszeichenliste

1: schaltbare Freilaufkupplung
2: Antriebselement, Zahnrad
3: schaltbare Kupplung
4: Welle
5: Freilauf
6: Drehmomentaufnahmeelement
7: Zahnrad
8: Nadellager
9: Wälzkörper
10: Käfig
11: Wälzkörper
12: Linearlagerung
13: Innenhülse
14: Außenhülse
15: erste Gehäuseschale
16: Verschraubung
17: zweite Gehäuseschale
18: Dichtring
19: Dichtring
20: Gehäuseinnenteil
21: Öffnung
22: Verschraubung
23: Gehäusekappe
24: Wicklung
25: Aktuator
26: Feder
27: Wandung
28: Mutter
29: Scheibe, Anschlag
30: Flansch
31: erstes Federelement
32: zweites Federelement
33: Endanschlag
34: Lager- und Drehmomentübertragungsvorrichtung
35: Reihe
36: Nut
37: Abflachung
38: Innenwandung
39: Nut
40: Bohrung
41: Außenverzahnung
42: Abschnitt
43: Abschnitt
44: Verzahnungsstruktur
45: Verzahnungsstruktur
46: Nut
47: Erhebung
48: Einlaufschräge
49: Betätigungselement
50: Außenring
51: Dichtring
52: Verliersicherung
53: Radiallager
54: Innenring
55: Kugel
56: Außenring
57: Verzahnung
58: Reihe
59: Reihe
60: Schaltring
61: Nut
62: Axialabschnitt
63: Radialabschnitt
64: Anschlagscheibe
65: Schraubenfeder
66: Anschlagring
R Rotationsachse

Claims

Schaltbare Freilaufkupplung, mit • einem rotierbaren Antriebselement (2), • einer vom Antriebselement (2) antreibbaren Welle (4), • einem Drehmomentaufnahmeelement (6), in welches ein Drehmoment vom Antriebselement (2) über die Welle (4) einleitbar ist, • einem zwischen das Antriebselement (2) und das Drehmomentaufnahmeelement (6) geschalteten Freilauf (5), einer zwischen das Antriebselement (2) und das Drehmomentaufnahmeelement (6) geschalteten schaltbaren Kupplung (3), welche mehrere in Axialrichtung der Welle (4) verlagerbare Wälzkörper (9) umfasst, wobei in geschlossener Stellung der Kupplung (3) die Wälzkörper (9) zur Übertragung eines Drehmoments vorgesehen sind, wobei die schaltbare Kupplung (3) zwischen das Antriebselement (2) und die Welle (4) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (2) sowie die Welle (4) unmittelbar mit den Wälzkörpern (9) zusammenwirkende Kupplungselemente bilden, wobei die Welle (4) als axial verschiebbares, zum Schließen und Öffnen der Kupplung (3) geeignetes Schaltelement ausgebildet ist.
Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossener Kupplung (3) die Wälzkörper (9) ohne Spiel in Umfangsrichtung kraftübertragend zwischen der Welle (4) und dem Antriebselement (2) angeordnet sind.
Freilaufkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (4) mittels einer eine Drehmomentübertragung ermöglichenden Linearlagerung (12) in einer Innenhülse (13) des Freilaufs (5) verschieblich geführt ist.
Freilaufkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearlagerung (12) derart vorgespannt ist, dass sie kein Spiel in Umfangsrichtung aufweist.
Freilaufkupplung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zur linearen Führung der Welle (4) in der Innenhülse (13) des Freilaufs (5) vorgesehene Linearlagerung (12) Wälzkörper (11) umfasst, deren Form mit der Form der Wälzkörper (9) der Kupplung (3) identisch ist.
Freilaufkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (11) der zur Führung der Welle (4) in der Innenhülse (13) des Freilaufs (5) vorgesehenen Linearlagerung (12) und die Wälzkörper (9) der Kupplung (3) in einem gemeinsamen Käfig (10) geführt sind.
Freilaufkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Federelement (31, 32) zwischen die Welle (4) und den Käfig (10) gespannt ist.
Freilaufkupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Federelement (31) zwischen einen fest mit der Welle (4) verbundenen Anschlag (29) und einen an den Käfig (10) angeformten Flansch (30) gespannt ist und ein zweites Federelement (32) zwischen den Flansch (30) und das Antriebselement (2) oder ein axial relativ zum Antriebselement (2) unverschiebliches Teil gespannt ist.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Welle (4) über eine in Axialrichtung wirkende Feder (26) an einem Gehäuse (6, 15, 17, 20) abstützt.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (4) manuell in axialer Richtung verschiebbar ist.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (4) mittels eines Aktuators (25) axial verschiebbar ist.
Freilaufkupplung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (25) als elektromagnetischer Aktuator ausgebildet ist.
Freilaufkupplung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (25) als fluidbetätigter Aktuator ausgebildet ist.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen der Welle (4) und dem Antriebselement (2) angeordneten Wälzkörper (9), welche bei geschlossener Kupplung (3) zur Drehmomentübertragung zwischen dem Antriebselement (2) und der Welle (4) vorgesehen sind, bei geöffneter Kupplung (3) als Wälzkörper (9) eines Rotativ-Wälzlagers zwischen dem Antriebselement (2) und der Welle (4) fungieren.
Freilaufkupplung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (2) eine von der Welle (4) durchdrungene Bohrung (40) mit zwei axial benachbarten Abschnitten (42, 43) aufweist, wobei der zweite Abschnitt (43) zur Drehmomentübertragung von dem Antriebselement (2) über die Wälzkörper (9) auf die Welle (4) und der erste Abschnitt (42) zur drehbaren Lagerung des Antriebselementes (2) auf der Welle (4) geeignet ist.
Freilaufkupplung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass am Übergang zwischen den Abschnitten (42, 43) an jeweils eine zur Aufnahme eines Wälzkörpers (9) vorgesehene Nut (46) im zweiten Abschnitt (43) grenzende Einlaufschrägen (48) angeordnet sind.
Freilaufkupplung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (43) des Antriebselements (2) eine Verzahnungsstruktur (44) aufweist, welche bei geschlossener Kupplung (3) mit einer Verzahnungsstruktur (45) der Innenhülse (13) des Freilaufs (5) fluchtet.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Drehmomentaufnahmeelement (6) ein nicht drehbares Gehäuseteil (15, 17) vorgesehen ist.
Freilaufkupplung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (2) gegenüber mindestens einem nicht drehbaren Gehäuseteil (15, 17) mit Dichtringen (18, 19) abgedichtet ist.
Freilaufkupplung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtringe (18, 19) zugleich zur Abdichtung eines mindestens eine der Komponenten Welle (4) und Freilauf (5) aufnehmenden Innenraums gegenüber einem Außenraum vorgesehen sind.
Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (3) zwischen den Freilauf (5) und das Drehmomentaufnahmeelement (6) geschaltet ist.
Freilaufkupplung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (3) ein zumindest teilweise radial außerhalb des Freilaufs (5), insbesondere segmentartig ausgebildetes, Schaltelement (60) umfasst.
Freilaufkupplung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (3) einen axial verschiebbaren, den Freilauf (5) umschließenden Schaltring (60) umfasst.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, gekennzeichnet durch eine parallel zur Kupplung (3) zwischen den Freilauf (5) und das Drehmomentaufnahmeelement (6) geschaltete Wälzlagerung (53).
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass als Drehmomentaufnahmeelement (6) ein rotierbares Zahnrad vorgesehen ist.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, gekennzeichnet durch ein zur Einleitung einer Kraft in das Antriebselement (2) vorgesehenes bolzenförmiges Betätigungselement (49).
Freilaufkupplung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (49) als Schneckenrad ausgebildet ist.
Freilaufkupplung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (49) als Zahnstange ausgebildet ist.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass als ein Drehmoment übertragende Wälzkörper (9, 11) Kugeln vorgesehen sind.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass als ein Drehmoment übertragende Wälzkörper (9, 11) Rollen vorgesehen sind.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (5) als Klemmfreilauf, insbesondere als Rollenfreilauf oder Klemmkörperfreilauf, ausgebildet ist.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Komponenten Antriebselement (2), Welle (4), Freilauf (5) und Drehmomentaufnahmeelement (6) zumindest teilweise aus einem Leichtmetall, insbesondere einer Titan-Aluminium-Legierung, gefertigt ist.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Komponenten Antriebselement (2), Welle (4), Freilauf (5) und Drehmomentaufnahmeelement (6) zumindest teilweise eine Aluminiumoxidbeschichtung aufweist.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Komponenten Antriebselement (2), Welle (4), Freilauf (5) und Drehmomentaufnahmeelement (6) zumindest teilweise eine Titandioxidbeschichtung aufweist.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Komponenten Antriebselement (2), Welle (4), Freilauf (5) und Drehmomentaufnahmeelement (6) zumindest teilweise eine Zink-Eisen-Beschichtung aufweist.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Komponenten Antriebselement (2), Welle (4), Freilauf (5) und Drehmomentaufnahmeelement (6) zumindest teilweise eine im PVD- oder CVD-Verfahren aufgebrachte Beschichtung, insbesondere Triondur-Beschichtung, aufweist.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (2) aus Sintermetall gefertigt ist.