DE102008053616A1

DE102008053616A1 - Freilaufkupplung mit einer Dämpfungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102008053616A1
Application number: DE102008053616A
Authority: DE
Inventors: Tomas Dr. Smetana
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2008-10-29
Publication date: 2010-05-06
Also published as: US20100101911A1; US8365891B2

Abstract

Eine formschlüssige, eine Dämpfungsvorrichtung aufweisende Freilaufkupplung umfasst ein Antriebselement (2) und ein Abtriebselement (3), sowie mindestens ein eine Rotation des Abtriebselementes (2) relativ zum Antriebselement (3) in einer ersten Drehrichtung sperrendes und in der entgegengesetzten Drehrichtungen freigebendes Sperrelement (5), welches zwei relativ zueinander schwenkbare, gegeneinander gedämpfte Klemmringe (6, 7) umfasst.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine formschlüssige Freilaufkupplung mit einer Dämpfungsvorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Eine formschlüssige Freilaufkupplung, nämlich ein Klinkenfreilauf, mit einem Dämpfungsmechanismus ist beispielsweise aus der US 6,830,138 B2 bekannt. Diese Freilaufkupplung ist zum Einbau in einen Drehmomentwandler vorgesehen. Der Dämpfungsmechanismus wird durch ein ringförmiges Reibelement bereitgestellt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gedämpfte sowie besonders raumsparend aufgebaute, formschlüssige Freilaufkupplung anzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Freilaufkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Freilaufkupplung weist ein Sperrelement auf, welches eine Rotation eines Abtriebselementes relativ zu einem Antriebselement in einer ersten Drehrichtung sperrt und in der entgegengesetzten Drehrichtungen freigibt und aus zwei zueinander schwenkbaren, gegeneinander gedämpften Klemmringen aufgebaut ist.
Das zweiteilige Sperrelement erfüllt somit eine Doppelfunktion, nämlich zum einen die formschlüssige Übertragung eines Drehmoments zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement und zum anderen eine Dämpfungsfunktion, mit der Drehmomentspitzen beim Sperren der Freilaufkupplung gemindert werden. Die Begriffe „Antriebselement” und „Abtriebselement” sind zur sprachlichen Unterscheidung gewählt und implizieren keine Aussage darüber, von welchem der genannten Elemente eine Antriebsleistung zum anderen Element übertragen wird oder welches der Elemente sich am anderen Element abstützt. Mindestens eines der Elemente Antriebselement und Abtriebselement ist rotierbar.
Zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement wirkt in bevorzugter Ausgestaltung mindestens ein Federelement, welches beispielsweise als Schraubenfeder ausgebildet ist, die in Tangentialrichtung – bezogen auf die Rotations- beziehungsweise Symmetrieachse des Antriebselements sowie des Abtriebselements – ausgerichtet ist. Auch andere Bauformen von Torsions- oder Biegefedern, beispielsweise Blattfedern, sind geeignet, um eine feder elastische Verschwenkung des Antriebselements relativ zum Abtriebselement zuzulassen.
Die beiden Klemmringe weisen vorzugsweise einander zugewandte Innenseiten auf, zwischen welchen ein Reibkontakt hergestellt ist. Die den Innenseiten abgewandten Außenseiten der Klemmringe sind hierbei derart strukturiert, dass sie mit Raststrukturen des Antriebselements beziehungsweise des Abtriebselements formschlüssig zusammenwirken. Vorzugsweise sind hierbei an den Außenseiten der Klemmringe relativ zur Rotationsachse des Antriebselements sowie des Abtriebselements schräg gestellte Sperrflächen gebildet, die zur Anlage an korrespondierenden Sperrflächen des Antriebs- beziehungsweise Abtriebselements vorgesehen sind. Die Schrägstellung der Sperrflächen gegenüber der Rotationsachse sorgt dafür, dass zwischen den Klemmringen sowohl Axial- als auch Radialkräfte übertragen werden. Vorzugsweise schließt eine Flächennormale einer Sperrfläche mit der Rotationsachse einen Winkel von mehr als 60° und weniger als 80° ein. Die Angaben „axial” und „radial” beziehen sich stets auf die Rotationsachse des Antriebselements sowie des Abtriebselements. Von einer solchen Rotationsachse wird auch in Fällen gesprochen, in denen eines der Elemente Antriebselement und Abtriebselement starr angeordnet ist und der Abstützung des anderen Elements in einer bestimmten Drehrichtung dient.
Bei Anordnung des Sperrelements axial zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement drückt vorzugsweise eine Feder die beiden Klemmringe gegeneinander. Alternativ können die Klemmringe selbst federnd ausgebildet sein, so das keine gesonderte Feder erforderlich ist. Dies gilt insbesondere bei Anordnung der Klemmringe in einem radial zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement gebildeten Spaltraum.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung ist zwischen einem Klemmring und dem Abtriebselement ein Schleppring angeordnet, welcher dazu ausgebildet ist, bei freilaufendem Abtriebselement den Klemmring vollständig von dem Abtriebselement abzuheben. Auf diese Weise werden im Freilaufbetrieb kla ckende Geräusche, wie sie ansonsten für Ratschen- oder Klinkenfreiläufe typisch sind, vermieden.
Die Freilaufkupplung ist insbesondere zur Verwendung in einem Drehmomentwandler oder einem Automatikgetriebe geeignet.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ausschnittsweise eine gedämpfte formschlüssige Freilaufkupplung in einer Schnittdarstellung,
2 die Freilaufkupplung mit Darstellung von im sperrenden Zustand wirkenden Kräften,
1 die Freilaufkupplung im freilaufenden Zustand.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete formschlüssige Freilaufkupplung, auch als Klinkenfreilauf bezeichnet, weist eine mit R bezeichnete Rotationsachse auf. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion der Freilaufkupplung 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik sowie auf die DE-Patentanmeldung 10 2007 029 812.0 verwiesen.
Zwischen einem Antriebselement 2 und einem Abtriebselement 3 der Freilaufkupplung 1 ist ein Spaltraum 4 einer Höhe H gebildet, in welchem ein Sperrelement 5 angeordnet ist. Das Sperrelement 5 umfasst zwei Klemmringe 6, 7, welche relativ zueinander beschränkt verschwenkbar sind. Das Antriebsele ment 2 stellt eine mit dem Sperrelement 5 zusammenwirkende Innenklemmbahn 8 bereit, während das Abtriebselement 3 eine ebenfalls mit dem Sperrelement 5 zusammenwirkende Außenklemmbahn 9 bereitstellt und mit dem Leitrad eines Drehmomentwandlers verbunden oder einstückig mit einem solchen Leitrad ausgebildet ist. Die Innenklemmbahn 8 und die Außenklemmbahn 9 weisen Raststrukturen 10, 11 auf, wobei jeweils Rastvertiefungen 12, 13 vorhanden sind, in welche Klemmstrukturen 14 der Klemmringe 6, 7 eingreifen. Die Klemmstrukturen 14 sind hierbei integrale Bestandteile der rationell als spanlos umgeformte Blechteile ausgebildeten Klemmringe 6, 7.
Zwischen dem Antriebselement 2 und dem Klemmring 6 ist eine ringscheibenförmige Feder 15 angeordnet, welche Federzungen 16, 17 aufweist, wobei die Federzungen 16 den Klemmring 6 und damit das gesamte Sperrelement 5 in Richtung zum Abtriebselement 3 drücken. Zwischen dem Klemmring 7 und dem Abtriebselement 3 ist ein Schleppring 18 angeordnet, welcher zum einen am Klemmring 7 anliegt und zum anderen auch direkt, nämlich durch die Federzungen 17, gegen die Außenklemmbahn 9 gepresst wird. Der Schleppring 18 liegt nicht vollflächig, sondern nur mit Erhöhungen 19 am Klemmring 7 an. Zwischen den Klemmringen 6, 7 ist ein der Dämpfung der Freilaufkupplung 1 dienender Reibbelag 20 angeordnet, der entweder mit einem der Klemmringe 6, 7 verbunden oder als gesondertes Bauteil ausgebildet sein kann. Um eine gedämpfte, federelestische Schwenkbewegung zwischen den Klemmringen 6, 7 zu ermöglichen, sind die Klemmringe 6, 7 mittels mindestens eines, vorzugsweise mehrerer am Umfang verteilter, in Tangentialrichtung verlaufenden, als Schraubenfeder ausgebildeten Federelementes 21 miteinander gekoppelt.
In 2 sind der Schleppring 18 sowie die Feder 15 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Die Freilaufkupplung 1 ist wie in 1 in blockierbereiter Position dargestellt. Eine Drehung des Abtriebselementes 3 relativ zum Antriebselement 2 wird hierbei verhindert, wenn auf die dargestellten Umfangsabschnitte der Elemente 2, 3 tangentiale Kräfte in Translationsrichtung T wirken. Bei blockierter Freilaufkupplung 1 wirken Kräfte F zwischen an den Klemmstrukturen 14 gebildeten Sperrflächen 22, 23 und dem Antriebselement 2 be ziehungsweise dem Abtriebselement 3. Die Kraft F setzt sich jeweils zusammen aus einer parallel zur Rotationsachse R wirkenden Axialkraft F_a und einer orthogonal hierzu wirkenden Tangentialkraft F_t. Zwischen der Tangentialrichtung und der Richtung, in welcher die Kraft F wirkt, ist ein Winkel β von 10° bis 30° eingeschlossen. Somit schließt eine Flächennormale der Sperrfläche 22, 23 mit der Rotationsachse R einen Winkel von 60° bis 80° ein. Die durch das Federelement 21 zwischen den Klemmringen 6, 7 übertragene, in Tangentialrichtung wirkende Kraft ist mit F_f bezeichnet.
In 3 ist die Freilaufkupplung 1 in Freilaufposition dargestellt. Hierbei wird in der dargestellten Anordnung beispielsweise der sichtbare Abschnitt des Abtriebselements 3 nach links verlagert, während das Antriebselement 2 nicht beweglich ist. Durch die Verlagerung des Abtriebselements 3 wird der Schleppring 18 solange verschwenkt, bis er die Klemmstruktur 14 des Klemmrings 7 kontaktiert und diesen aus den Rastvertiefungen 13 in Richtung zum stillstehenden Antriebselement 2 verdrängt. Beim Vorgang der axialen Verdrängung des Klemmrings 7 und damit des gesamten Sperrelements 5 stößt der Schleppring 18 an einer Steuerfläche 24 des Klemmrings 7 an. Eine Flächennormale der Steuerfläche 24 schließt mit der Rotationsachse R einen geringeren Winkel als die Flächennormale der Sperrfläche 23 ein. Somit hebt das Sperrelement 5 von der Außenklemmbahn 9 bei geringem zwischen dem Abtriebselement 3 und dem Antriebselement 2 wirkendem Bremsmoment ab. Das Federelement 21 ist im vom Abtriebselement 3 abgehobenen Zustand, das heißt beim Freilaufbetrieb der Freilaufkupplung 1, maximal expandiert, wobei ein gegenüber der durch den Reibbelag 20 definierten, zur Rotationsachse R normalen Ebene rechtwinklig abgebogener Halteabschnitt 25 des Klemmrings 7 einen Anschlag sowohl für das Federelement 21 als auch für den Klemmring 6 bildet. Beim Übergang vom Freilaufbetrieb in den blockierten Zustand der Freilaufkupplung 1 wird das als Druckfeder ausgebildete Federelement 21 komprimiert, wobei Energie durch den Reibbelag 20 absorbiert wird.

1: Freilaufkupplung
2: Antriebselement
3: Abtriebselement
4: Spaltraum
5: Sperrelement
6: Klemmring
7: Klemmring
8: Innenklemmbahn
9: Außenklemmbahn
10: Raststruktur
11: Raststruktur
12: Rastvertiefung
13: Rastvertiefung
14: Klemmstruktur
15: Feder
16: Federzunge
17: Federzunge
18: Schleppring
19: Erhöhung
20: Reibbelag
21: Federelement
22: Sperrfläche
23: Sperrfläche
24: Steuerfläche
25: Halteabschnitt
β: Winkel
F: Kraft
F_a: Axialkraft
F_f: Federkraft
F_R: Reibkraft
F_t: Tangentialkraft
H: Höhe
R: Rotationsachse
T: Translationsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 6830138 B2 [0002]
- DE 102007029812 [0015]

Claims

Formschlüssige, eine Dämpfungsvorrichtung aufweisende Freilaufkupplung, mit einem Antriebselement (2) und einem Abtriebselement (3), sowie mit mindestens einem eine Rotation des Abtriebselementes (2) relativ zum Antriebselement (3) in einer ersten Drehrichtung sperrenden und in der entgegengesetzten Drehrichtungen freigebenden Sperrelement (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (5) zwei relativ zueinander schwenkbare, gegeneinander gedämpfte Klemmringe (6, 7) umfasst.
Freilaufkupplung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zwischen den Klemmringen (6, 7) wirkendes Federelement (21).
Freilaufkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Federelement (21) in Tangentialrichtung des Antriebselementes (2) sowie des Abtriebselementes (3) erstreckt.
Freilaufkupplung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Federelement (3) eine Schraubenfeder vorgesehen ist.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmringe (6, 7) einander zugewandte Innenseiten, zwischen welchen ein Reibkontakt hergestellt ist, sowie strukturierte, mit Raststruktu ren (10, 11) des Antriebselementes (2) beziehungsweise des Abtriebselementes (3) zusammenwirkende Außenseiten aufweisen.
Freilaufkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an den Außenseiten der Klemmringe (6, 7) relativ zur Rotationsachse (R) des Antriebselementes (2) sowie des Abtriebselementes (3) schräg gestellte Sperrflächen (22, 23) gebildet sind.
Freilaufkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flächennormale der Sperrfläche (22, 23) mit der Rotationsachse (R) einen Winkel von mehr als 60° und weniger als 80° einschließt.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine die Klemmringe (6, 7) in Axialrichtung gegeneinander anpressende Feder (15).
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen zwischen einem Klemmring (7) und dem Abtriebselement (3) angeordneten Schleppring (18), welcher dazu ausgebildet ist, bei freilaufendem Abtriebselement (3) den Klemmring (7) vollständig von dem Abtriebselement (3) abzuheben.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmringe (6, 7) als spanlos umgeformte Blechteile ausgebildet sind.