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Die
Erfindung betrifft eine Freilaufkupplung mit einem Außenlaufring
und einem Innenläufer sowie mindestens einem zwischen Außenlaufring
und Innenläufer angeordneten Klemmkörper, der
in einem Käfig angeordnet und durch Federvorspannung in
eine Vorzugsrichtung gedrängt ist.
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Stand der Technik
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Freilaufkupplungen
der vorgenannten Art sind bekannt. Sie werden beispielsweise an
Startermotoren in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Die Freilaufkupplung
verbindet zwei sich drehende Teile derart, dass ein erstes Teil
das andere, zweite Teil in der Drehung dann mitnimmt, wenn die Drehzahl
des ersten Teils höher ist als die des zweiten Teils. In
diesem Fall befindet sich die Freilaufkupplung in einem Klemmzustand.
Im umgekehrten Fall, in dem die Drehzahl des zweiten Teils höher
ist als die Drehzahl des ersten Teils, findet kein Mitnehmen statt,
sondern die Freilaufkupplung befindet sich in einem Freilaufbetrieb,
wodurch sich beide Teile relativ zueinander drehen können.
Insbesondere bei Startermotoren von Nutzfahrzeugen ist es notwendig,
verschleißfeste und störunempfindliche Freilaufkupplungen
einzusetzen, da diese besonders hohen Belastung ausgesetzt sind
und eine lange Lebensdauer besitzen sollen. In herkömmlichen
Freilaufkupplungen besteht die Gefahr, dass sich die Klemmkörper
quer zu ihrer vorgesehenen Position verlagern, sodass sie die Freilaufkupplung
verklemmen. Ein Übergang in den Freilaufbetrieb ist dann
nicht mehr oder nur verzögert möglich. Dies kommt
insbesondere dann vor, wenn die Freilaufkupplung von dem Klemmzustand
in den Freilaufbetrieb übergehen soll, was als Überhohlfall bezeichnet
wird. Es wird eine Freilaufkupplung benötigt, die das Verklemmen,
insbesondere im Überholfall wirksam verhindert.
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Die
DE 10 2005 056 220 beschreibt
eine Freilaufkupplung mit einem Käfig, welcher Aussparungen
aufweist, in denen Klemmkörper angeordnet sind. Innerhalb
der Aussparungen sind die Klemmkörper zum Käfig
verlagerbar angeordnet und werden durch jeweils eine jedem Klemmkörper
zugeordnete Feder in der Aussparung in eine Vorzugsrichtung gedrängt.
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Die
DE 199 54 780 beschreibt
eine Freilaufkupplung mit einem im Wesentlichen rohrartigen Käfig,
der Aussparungen aufweist, in denen Klemmkörper stecken.
Den Klemmkörpern ist eine konzentrisch zum Käfig
angeordnete Feder zugeordnet, die die Klemmkörper in radialer
Richtung drängen, um einen stetigen Kontakt der Klemmkörper
mit einem Außenring zu gewährleisten.
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Die
US 4,875,564 beschreibt
eine Freilaufkupplung mit zwei konzentrisch angeordneten Käfigen.
Beide Käfige weisen Aussparungen auf, wobei Klemmkörper
vorgesehen sind, die gleichzeitig sowohl in einer Aussparung des
inneren Käfigs als auch in einer Aussparung des äußeren
Käfigs liegen. Durch ein Verdrehen der Käfige
zueinander kann die Lage der Klemmkörper geändert
werden, wodurch eine Klemmwirkung herbeigeführt wird. Es
ist eine Feder vorgesehen, welche die Klemmkörper durch Verdrehen
in ihre Klemmposition drängen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass der Klemmkörper im Käfig – ortsfest
zu diesem – gelagert und der Käfig durch die Federvorspannung
in die Vorzugsrichtung verdrehbar ist. Durch die ortsfeste Lagerung
des Klemmkörpers im Käfig wird verhindert, dass
sich der Klemmkörper gegenüber dem Käfig
in einer Weise verlagern kann, die ein Klemmen der Freilaufkupplung
herbeiführen würde. Dadurch, dass der gesamte
Käfig durch die Federvorspannung in eine Vorzugsrichtung
gedrängt wird, ist es möglich, den Klemmkörper
ortsfest innerhalb des Käfigs zu lagern. Ferner ergibt
sich eine bevorzugte Lage des gesamten Käfigs mitsamt dem
Klemmkörper, sofern keine Gegenkraft auf den Käfig
wirkt.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass durch eine
Verdrehung des Käfigs der mitgenommene Klemmkörper
von einer Klemmposition in eine Freigabeposition überführt
wird. Die Verdrehung des Käfigs und die damit verbundene Verlagerung
des Klemmkörpers überführt somit die Freilaufkupplung
aus einem Klemmzustand in einen Freilaufbetrieb. Eine entgegengesetzte
Verdrehung des Käfigs führt den Klemmkörper
aus der Freigabeposition in die Klemmposition und somit die Freilaufkupplung
aus dem Freilaufbetrieb in den Klemmzustand. In der Klemmposition
sind Außenlaufring und Innenläufer durch eine
Klemmwirkung des Klemmkörpers derart miteinander verbunden,
dass sie die gleiche Drehzahl aufweisen und ein Kraftübertrag zwischen
Außenlaufring und Innenläufer möglich
ist. In der Freigabeposition können sich Innenläufer
und Außenlaufring relativ zueinander verdrehen, sodass kein
Kraftübertrag zwischen Außenlaufring und Innenläufer
möglich ist. Aufgrund der ortsfesten Lagerung des Klemmkörpers
innerhalb des Käfigs werden bei einer Mehrzahl an Klemmkörpern
sämtliche Klemmkörper durch Verlagerung des Käfigs
gleichzeitig in ihrer Position verlagert und können somit gleichzeitig
aus der Klemmposition in die Freigabeposition und umgekehrt überführt
werden. Dies führt zu einem besonders guten und schnellen Übergang zwischen
den beiden Positionen.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Klemmkörper
als Rollkörper, insbesondere Wälzkörper,
ausgebildet ist. Die Ausbildung als Rollkörper ermöglicht
eine einfache und reibungsarme Verlagerung des Klemmkörpers
zwischen Außenlaufring und Innenläufer. Vorzugsweise ist
der Rollkörper als Wälzkörper mit einer
kreiszylindrischen Grundform vorgesehen. Auch sind kugelförmige
und kegelförmige Grundformen denkbar.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Käfig
im Wesentlichen als, vorzugsweise einteiliges Rundrohr ausgebildet
ist. Das Rundrohr bietet eine einfache Möglichkeit der
Herstellung. Ferner kann es auf sehr einfache Weise für einen
Einsatz zwischen Außenlaufring und Innenläufer
installiert werden.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Käfig,
insbesondere das Rundrohr, einen Mantel besitzt, der eine Klemmkörperaussparung
zur Aufnahme des Klemmkörpers aufweist. Die Klemmkörperaussparung
bietet eine einfach herzustellende Möglichkeit, den Klemmkörper
ortsfest im Käfig zu lagern. Zu diesem Zweck muss ein Querschnitt
der Aussparung an die Formgebung des Klemmkörpers angepasst
sein. Bei einem Rollkörper in Form einer Kugel ist insbesondere
eine kreisförmige Aussparung vorgesehen, wohingegen bei
einem Wälzkörper, insbesondere in Form eines Kreiszylinders,
vorzugsweise eine rechteckige Aussparung verwendet wird. Für
eine Mehrzahl an Klemmkörpern ist auch eine Mehrzahl an
Klemmkörperaussparungen vorgesehen.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Klemmkörper
durch die Klemmkörperaussparung seitlich geführt
ist. Dies hat den Vorteil, dass der Klemmkörper innerhalb
der Freilaufkupplung gehalten und eine seitliche Verlagerung verhindert
wird, wodurch Verschleiß innerhalb der Freilaufkupplung
verringert wird. Die seitliche Führung ist beispielsweise
bei einer Aussparung gegeben, welche eine geschlossene Kontur aufweist.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Klemmkörper
im Wesentlichen spielfrei in der Klemmkörperaussparung
gelagert ist. Eine spielfreie Lagerung führt zu einer besonders
sicheren ortsfesten Lagerung im Käfig, da der Klemmkörper
keine Möglichkeit für eine unerwünschte
Verlagerung besitzt.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Klemmkörper
in der Klemmkörperaussparung drehbar gelagert ist. Die
Ausgestaltung der Klemmkörperaussparung, sodass der Klemmkörper
gelagert ist und nicht durch den Käfig in einer Roll- oder
Wälzdrehrichtung behindert wird, wirkt sich vorteilhaft
auf Verschleißeigenschaften der Freilaufkupplung aus.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Klemmkörperaussparung
kleiner als der Klemmkörper ist. In diesem Fall liegt der Klemmkörper
im Wesentlichen auf oder unter dem Käfig. Dies hat den
Vorteil, dass der Klemmkörper in radialer Richtung geführt
ist.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen
Außenlaufring und Käfig mindestens eine die Federvorspannung
bewirkende, vorzugsweise sich etwa in Umfangsrichtung erstreckende
Feder angeordnet ist. Aufgrund der ortsfesten Lagerung der Klemmkörper
innerhalb des Käfigs ist es möglich, den Käfig
mit einer einzigen Feder mit der Federvorspannung zu beaufschlagen,
wodurch bei einer Mehrzahl an Klemmkörpern sämtliche Klemmkörper
mit der Federvorspannung in Vorzugsrichtung gedrängt werden.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Käfig,
insbesondere das Rundrohr, mindestens eine Federaussparung zur Aufnahme
der Feder aufweist. Durch Aufnahme der Feder im Käfig kann
die Feder sich am Käfig abstützen und gleichzeitig
ortsfest zum Käfig gehalten werden. Insbesondere ist es
vorgesehen, dass sich die Feder mit einer Seite an einem Aussparungsrand
am Käfig abstützt und gleichzeitig auf ihrer anderen
Seite den Außenlaufring oder den Innenläufer abstützt.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Feder
eine Schraubendruckfeder ist. Die Schraubendruckfeder ist vorzugsweise
in Federrichtung entlang der Umfangsrichtung des Käfigs
angeordnet. Ferner ist es möglich, die Federaussparung
für eine zylinderförmige Schraubendruckfeder rechteckig
zu gestalten, was zu einer Vereinfachung des Herstellungsprozesses
führt.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Federaussparung
eine Fixierzunge zur Fixierung der Feder zugeordnet ist. Die Fixierzunge
ragt bereichsweise in die Federaussparung hinein, wobei die Feder
auf die Fixierzunge aufgesteckt werden kann. Dies ist insbesondere
dann von Vorteil, wenn die Feder eine kreisrohrförmige Schraubendruckfeder
ist, welche die Fixierzunge in ihrem Innenbereich aufnehmen kann.
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Es
ist somit eine Freilaufkupplung vorgesehen, welche verschleißfest
und störunempfindlich gegenüber einem Verklemmen
in einem Überholfall ist. Dies wird erreicht, indem die
Ausrichtung der Klemmkörper über einen Käfig
erzwungen wird. Der Käfig ist mit mindestens einer Feder
vorgespannt. Dadurch, dass die Feder nicht zur Ausrichtung einzelner Klemmkörper,
sondern zum Vorspannen des Käfigs in Vorzugsrichtung dient,
kann ein benötigtes Überholmoment gezielt eingestellt
werden. Das Überholmoment ist jene Momentendifferenz zwischen
Außenlaufring und Innenläufer, welche benötigt
wird um die Freilaufkupplung der in den Freilaufbetrieb zu bringen.
Aufgrund dieser gezielten Einstellmöglichkeit wird zusätzlich
erreicht, dass die Freilaufkupplung im Überholfall nicht
bis zum Lösen erst mitgeschleppt wird, sondern ein Lösen
genau im Überholfall erfolgt. Dies führt zusätzlich
zu einem Schutz vor Verklemmen der Freilaufkupplung, da die Gefahr
eines Ausschleuderns des Klemmkörpers verringert ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Figuren veranschaulichen die erfindungsgemäße
Vorrichtung anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels,
und zwar zeigen:
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1 einen
Käfig in perspektivischer Ansicht,
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2 eine
Explosionszeichnung einer Freilaufkupplung,
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3 einen
Käfig auf einem Innenläufer in perspektivischer
Ansicht,
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4 die
Freilaufkupplung in einem Querschnitt in einem Klemmzustand und
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5 die
Freilaufkupplung in dem Querschnitt in einem Freilaufbetrieb.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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1 zeigt
einen Käfig 1, welcher im Wesentlichen in Form
eines Rundrohrs 2 ausgebildet ist. Das Rundrohr 2 besitzt
einen Mantel 3, welcher um eine Längsachse 4 des
Käfigs 1 winkelversetzt angeordnete Klemmkörperaussparungen 5 aufweist.
Die Klemmkörperaussparungen 5 sind gleichmäßig
winkelversetzt angeordnet. Ferner besitzt der Käfig 1 Federaussparungen 6,
welche in dem Mantel 3 zwischen den Klemmkörperaussparungen 5 angeordnet sind.
Die Federaussparungen 6 sind von rechteckiger Grundform
und weisen jeweils eine Fixierzunge 7 auf, welche in Umfangsrichtung
des Käfigs 1 in die Federaussparung 6 hineinragen.
Die Fixierzungen 7 werden bei Installation einer Feder 8,
welche als Schraubendruckfeder 9 ausgebildet ist, eingesteckt. In
der 1 ist die Feder 8 beabstandet vom Käfig 1 dargestellt,
um zu verdeutlichen in welcher Lage die Feder 8 in den
Käfig 1 entlang eines Pfeils 10 eingesetzt
wird. Ferner ist ein Klemmkörper 11 dargestellt, welcher
als Rollkörper 12 in Form eines Wälzkörpers 13 ausgebildet
ist. Der Klemmkörper 11 besitzt eine Längsachse 14,
welche parallel zur Längsachse 4 angeordnet ist.
Der Klemmkörper 11 wird in Richtung eines Pfeils 15 in
die Klemmkörperaussparung 5 des Käfigs 1 eingesetzt
und ist innerhalb der Klemmkörperaussparung 5 drehbar
gelagert, derart, dass sich der Klemmkörper 11 um
seine Längsachse 14 verdrehen kann. Zudem ergibt
sich, dass aufgrund der geschlossenen Kontur 16 der Klemmkörperaussparung 5 der
Klemmkörper 11 seitlich geführt ist,
das heißt in Richtung seiner Längsachse 14.
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Die 2 zeigt
eine Explosionszeichnung 17 einer Freilaufkupplung 18.
Die Freilaufkupplung 18 besteht aus einem Außenlaufring 19,
einem Innenläufer 20 und dem Käfig 1 aus 1.
Der Käfig 1 weist eine Mehrzahl an Federn 8 und
Klemmkörpern 11 auf. Der Außenlaufring 19,
der Innenläufer 20 und der Käfig 1 sind
konzentrisch entlang der Längsachse 14 zueinander
angeordnet. Der Außenlaufring 19 weist einen Wellenstutzen 21 und
der Innenläufer 20 einen Wellenstutzen 22 auf.
Beide Wellenstutzen 21 und 22 dienen der Anbindung
der Freilaufkupplung 18 an zu verbindende Mittel. Insbesondere
ist vorgesehen, dass an den Wellenstutzen 21 ein nicht
dargestellter elektrischer Startermotor und an den Wellenstutzen 22 eine
nicht dargestellte Brennkraftmaschine angeschlossen ist. Der Außenlaufring 19 besitzt
ein Innenprofil 23, welches mehrere Klemmkörpertaschen 24 aufweist.
Jedem der Klemmkörper 11 des Käfigs 1 ist
eine Klemmkörpertasche 24 zugeordnet. Jede Klemmkörpertasche 24 besteht
aus einer Gegenlagerstufe 25 und weist eine Keilbahn 26 auf. Die
Keilbahn 26 verläuft keilförmig zum Umfang
des Außenläufers 19. Der Innenläufer 20 besitzt
eine Zylinderlauffläche 27, an welcher sich die
Klemmkörper 11 im zusammengebauten Zustand abstützen
können.
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Die 3 zeigt
den Käfig 1 aus 1 mit eingestecktem
Innenläufer 20 in einer perspektivischen Ansicht.
Es wird verdeutlicht, dass die Klemmkörper 11 unterhalb
ihrer Längsachsen 14 in den Klemmkörperaussparungen 5 des
Käfigs 1 geführt werden. Aufgrund dieser
Ausgestaltung ergibt sich, dass die Klemmkörper 11 auch
in radialer Richtung zur Längsachse 4 ortsfest
gelagert und geführt sind.
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4 zeigt
einen Querschnitt der Freilaufkupplung 18. Die Freilaufkupplung 18 ist
in einem Klemmzustand gezeigt, in welchem der Außenlaufring 19 den
Innenläufer 20 mitnimmt. Somit handelt es sich
um die dargestellten Positionen der Klemmkörper 11 in
den Klemmkörpertaschen 24 um Klemmpositionen.
Dies begründet sich aufgrund des Verlaufs der Keilbahnen 26.
Die Klemmkörper 11 liegen in der Klemmposition
möglichst nahe zu dem Ende 28 der Keilbahn 26,
an welchem der Abstand der Keilbahn 26 zur Zylinderlauffläche 27 des
Innenläufers 20 am geringsten ist. Die Federn 8 sind
in Umfangsrichtung angeordnet. Sie stützen sich einseitig am
Käfig 1 und auf der anderen Seite, an einer Federstufe 29 des
Außenlaufrings 19 ab. Somit ergibt sich bei Federvorspannungen
der Federn 8 eine Vorzugsrichtung, welche durch einen Pfeil 30 dargestellt ist.
Ein Pfeil 31 zeigt die Drehrichtung des Außenlaufrings 19 und
damit die Drehrichtung des Innenläufers 20 im
Klemmzustand der Freilaufkupplung 18.
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Die 5 zeigt
den Querschnitt der 4 mit allen ihren Merkmalen.
Im Unterschied zu 4 sind die Klemmkörper 11 in
Umfangsrichtung gesehen jeweils in einer Freigabeposition angeordnet.
Die Freigabeposition der Klemmkörper 11 zeichnet
sich dadurch aus, dass sich die Klemmkörper 11 möglichst
nahe an den Gegenlagerstufen 25 befinden, da an dieser
Stelle die Keilbahnen einen größtmöglichen
Abstand zwischen Innenläufer 20 und Außenlaufring 19 bewirken.
Der Innenläufer 20 rotiert in Richtung eines Pfeils 32 und
eilt dem Außenlaufring 19 voraus.
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Die
Freigabepositionen der Klemmkörper 11 können
nur dann erreicht werden, wenn der Käfig 1 entgegen
der Vorzugsrichtung gegenüber dem Außenlaufring 20 verdreht
wird. In diesem Fall verlagern die Klemmelemente 11 ihre
Position aus der Klemmposition in die Freigabeposition, wodurch
der Innenläufer 20 freigegeben wird.
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Der
Käfig 1 ist einteilig ausgeführt, wodurch sich
eine hohe Festigkeit des Käfigs 1 bei Verdrehungen
ergibt. Dadurch, dass die Klemmkörper 11 im Wesentlichen
spielfrei in den Klemmkörperaussparungen 5 gelagert
sind besteht die Möglichkeit, dass sich die Klemmkörper 11 um
ihre Längsachsen 14 verdrehen können
um eine Lagerwirkung zwischen Außenlaufring 19 und
Innenläufer 20 herbeizuführen. Dies führt
dazu, dass die Klemmkörper 11 ortsfest zum Käfig 1 geführt
und gelagert sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005056220 [0003]
- - DE 19954780 [0004]
- - US 4875564 [0005]