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Die Erfindung betrifft eine Freilaufvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Innenring und einen Außenring sowie einen ersten und einen zweiten radial zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordneten Kupplungsring.
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Gebiet der Erfindung
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Aus der
WO 2014/011613 geht eine Freilaufvorrichtung für ein Kraftfahrzeug hervor. Diese umfasst einen Innenring mit Rampen an einer Außenumfangsfläche und einen Außenring. Radial zwischen dem Innenring und dem Außenring sind zwei Kupplungsscheiben angeordnet, die aus mehreren Segmenten bestehen. Diese Segmente sind in Umfangsrichtung durch jeweils ein federndes Element miteinander verbunden. Ferner weisen die Kupplungsscheiben an ihrer Innenumfangsfläche Rampen auf, die korrespondierend zu den Rampen am Innenring ausgebildet sind und mit diesen zusammenwirken. Bei einer ersten Relativbewegung zwischen den Kupplungsscheiben und dem Innenring wird eine Freilauffunktion ermöglicht und bei einer zweiten Relativbewegung zwischen den Kupplungsscheiben und dem Innenring, die entgegengesetzt zur ersten Relativbewegung ist, wird eine Sperrfunktion ermöglicht. Nachteilig ist, dass bei hohen Drehzahlen die Reibung in Freilaufrichtung auf einen relativ hohen Wert zunimmt. Ferner ist die Herstellung des Innenrings aufgrund der Rampen an seiner Außenumfangsfläche relativ kostenintensiv und zeitaufwendig.
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Aufgabenstellung
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Freilaufvorrichtung mit optimierter Freilauffunktion zu schaffen, die besonders kostengünstig herstellbar ist.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Erfindungsgemäß ist der zweite Kupplungsring mit einer Innenumfangsfläche radial an einer Außenumfangsfläche des ersten Kupplungsrings angeordnet, wobei die Außenumfangsfläche des ersten Kupplungsrings eine Vielzahl von Rampen aufweist, die zur Realisierung einer Sperrfunktion mit einer Vielzahl von korrespondierend dazu ausgebildeten Rampen an der Innenumfangsfläche des zweiten Kupplungsrings zusammenwirkt, wobei der jeweilige Kupplungsring aus einer Vielzahl von Keilelementen gebildet ist, die in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind und elastisch miteinander verbunden sind.
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Mit anderen Worten umfasst jeder Kupplungsring eine Vielzahl von Keilelementen, wobei die Keilelemente des jeweiligen Kupplungsrings in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Die Keilelemente des ersten Kupplungsrings weisen eine Innenumfangsfläche auf, die im Wesentlichen konkav ausgebildet ist und radial am Innenring zur Anlage kommt, sowie die Außenumfangsfläche mit den daran ausgebildeten Rampen. Ferner weisen die Kupplungselemente des zweiten Kupplungsrings eine im Wesentlichen konvex ausgebildete Außenumfangsfläche auf, die an der Innenumfangsfläche des Außenrings zur Anlage kommt, sowie die Innenumfangsfläche mit den daran ausgebildeten Rampen.
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Die Einleitung einer Sperrfunktion der Freilaufeinrichtung erfolgt durch eine Rotation des Außenrings relativ zum Innenring in Sperrrichtung. Dabei laufen die Rampen am ersten und zweiten Kupplungsring aufeinander zu, wodurch eine radiale Aufweitung der beiden Kupplungsringe erzeugt wird. Somit entsteht eine drehfeste Verbindung, insbesondere durch Reibung, zwischen dem Außenring, den beiden Kupplungsringen und dem Innenring. Demgegenüber erfolgt die Einleitung einer Freilauffunktion der Freilaufeinrichtung durch eine Rotation des Außenrings relativ zum Innenring in Freilaufrichtung, somit entgegengesetzt zur Sperrrichtung. Der Außenring rotiert gemeinsam mit den beiden Kupplungsringen, wobei die Rampen am ersten Kupplungsring keinen radialen Kontakt zu den Rampen am zweiten Kupplungsring haben. Die jeweiligen Keilelemente des zweiten Kupplungsrings kommen lediglich in Umfangsrichtung mit den jeweiligen Keilelementen des ersten Kupplungsrings zur Anlage. Bei Überschreitung einer Grenzdrehzahl erfolgt eine radiale Aufweitung des ersten Kupplungsrings durch die Einwirkung der Fliehkraft auf die jeweiligen Keilelemente des ersten Kupplungsrings, wodurch der Kontakt zwischen dem ersten Kupplungsring und dem Innenring aufgehoben wird, so dass das Reibmoment in der Freilauffunktion der Freilaufeinrichtung weiter minimiert wird. Mithin hebt der erste Kupplungsring radial vom Innenring ab. Besonders bevorzugt sind die Keilelemente des jeweiligen Kupplungsrings spanlos hergestellt. Vorzugsweise werden die jeweiligen Keilelemente aus einem Blechmaterial ausgestanzt, wodurch eine besonders schnelle und kostengünstige Fertigung realisiert ist.
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Vorzugsweise weist der jeweilige Kupplungsring einen Käfig zur Führung der Keilelemente auf. Mithin werden die jeweiligen scheibenförmigen Keilelemente in einem jeweiligen Käfig gehalten, wobei diese Anordnung vergleichbar mit den in einem Käfig gehaltenen Kugeln eines Kugellagers ist. Der jeweilige Käfig dient dazu die Keilelemente in ihrer ringförmigen Anordnung zu halten und eine im Wesentlichen radiale Elastizität zu erlauben.
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Besonders bevorzugt weist der jeweilige Käfig einen ersten und einen zweiten stirnseitig an den Keilelementen angeordneten Ring auf, wobei die beiden Ringe des jeweiligen Käfigs über axial zwischen den beiden Ringen angeordneten Führungselementen miteinander verbunden sind. Somit befinden sich die jeweiligen Keilelemente axial zwischen einem ersten und einem zweiten Ring des Käfigs. Ferner erstrecken sich in Umfangsrichtung zwischen jeweils zwei Keilelementen eines Kupplungsrings Führungselemente, die dazu vorgesehen sind, die jeweiligen Keilelemente zu halten und die beiden Ringe eines Kupplungsrings axial miteinander zu verbinden. Der jeweilige Käfig ist vorzugsweise einteilig ausgebildet.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das jeweilige Führungselement elastisch ausgebildet ist und zur Lagerung des jeweiligen Keilelements mit einer jeweiligen Einkerbung an dem jeweiligen Keilelement zusammenwirkt. Somit weist jedes Keilelement zwei Einkerbungen auf, die vorzugsweise an Seitenflächen in Umfangsrichtung ausgebildet sind. Die jeweilige Einkerbung ist dazu vorgesehen, ein jeweiliges Führungselement aufzunehmen. Insbesondere ist das jeweilige Führungselement in Umfangsrichtung elastisch ausgebildet, wodurch ein Eindringen des jeweiligen Führungselements in die jeweilige Einkerbung realisiert ist.
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Ferner bevorzugt spannt das jeweilige Führungselement die Keilelemente des ersten Kupplungsrings radial gegen den Innenring vor. Demgegenüber gespannt das jeweilige Führungselement die Keilelemente des zweiten Kupplungsrings radial gegen den Außenring vor. Mit anderen Worten wird das jeweilige Keilelement durch die beiden daran zur Anlage kommenden Führungselemente in radialer Richtung spannt. Durch die Vorspannung kommen die Keilelemente des ersten Kupplungsrings radial an dem Innenring zur Anlage, wobei zwischen dem ersten Kupplungsrings und dem Innenring ein geringes Reibmoment zur drehfesten Anbindung erzeugt wird. Dementsprechend kommen die Keilelemente des zweiten Kupplungsrings durch die Vorspannung radial an dem Außenring zur Anlage, wobei zwischen dem zweiten Kupplungsring und dem Außenring ein geringes Reibmoment zur drehfesten Anbindung der jeweiligen Keilelemente erzeugt wird. Die jeweilige Vorspannkraft ist dabei im Wesentlichen von dem Grad der elastischen Verformung der beiden Führungselemente, die das jeweilige Keilelement lagern, abhängig.
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Vorzugsweise sind eine Außenumfangsfläche des Innenrings und eine Innenumfangsfläche des Außenrings zylindrisch ausgebildet, wobei an der Außenumfangsfläche des Innenrings ebenso wie an der Innenumfangsfläche des Außenrings eine umlaufende Nut zur Aufnahme des jeweiligen Kupplungsrings ausgebildet ist. Durch die zylindrische Ausbildung des Innenrings und des Außenrings entstehen Vorteile in der Fertigung des Innenrings und des Außenrings, da die Ausbildung einer Rampenstruktur an der Außenumfangsfläche des Innenrings und an der Innenumfangsfläche des Außenrings entfällt. Ferner kann die Reibung an der Außenumfangsfläche des Innenrings und an der Innenumfangsfläche des Außenrings durch Beschichtungen oder anderweitige Oberflächenbearbeitungen eingestellt werden. Denkbar sind dabei auch mechanische Bearbeitungen wie schleifen oder polieren. Darüber hinaus kann die jeweilige umlaufende Nut ebenso wie die Außenumfangsfläche des zweiten Kupplungsrings oder die Innenumfangsfläche des ersten Kupplungsrings konisch ausgebildet sein, um die Reibfläche, insbesondere bei einer Sperrfunktion der Freilaufeinrichtung zu erhöhen. Ferner dient die jeweilige Nut auch dazu, eine Verkippung der jeweiligen Keilelemente zu verhindern.
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Des Weiteren bevorzugt weist die Vielzahl von Rampen an der Außenumfangsfläche der ersten Kupplungsscheibe eine im Wesentlichen lineare oder konvex gewölbte Kontur auf. Demgegenüber weist die Vielzahl von Rampen an der Innenumfangsfläche der zweiten Kupplungsscheibe eine im Wesentlichen lineare oder konkav gewölbte Kontur auf.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen
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1 eine schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung, und
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2 eine weitere schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung gemäß 1.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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Gemäß 1 weist eine erfindungsgemäße Freilaufvorrichtung für ein – hier nicht dargestelltes – Kraftfahrzeug einen Innenring 1 und einen Außenring 2 sowie einen ersten und einen zweite radial zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2 angeordneten Kupplungsring 3a, 3b auf. Ein Durchmesser des ersten Kupplungsrings 3a ist geringer als ein Durchmesser des zweiten Kupplungsrings 3b. Der zweite Kupplungsrings 3b ist mit einer Innenumfangsfläche 4 radial an einer Außenumfangsfläche 5 des ersten Kupplungsrings 3a angeordnet. Die Außenumfangsfläche 5 des ersten Kupplungsrings 3a weist eine Vielzahl von Rampen 6 auf, die mit einer Vielzahl von korrespondierend dazu ausgebildeter Rampen 7 an der Innenumfangsfläche 4 des zweiten Kupplungsrings 3b zusammenwirkt. Ferner sind die beiden Kupplungsringe 3a, 3b aus mehreren Keilelementen 8a, 8b ausgebildet, die in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind und elastisch miteinander verbunden sind.
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Insbesondere weist der jeweilige Kupplungsring 3a, 3b einen Käfig 9a, 9b zur Führung der Keilelemente 8a, 8b auf. Wie aus 2 hervorgeht weist der jeweilige Käfig 9a, 9b einen ersten und einen zweiten stirnseitig an den Keilelementen 8a, 8b angeordneten Ring 10a, 10b, 11a, 11b auf. Die beiden Ringe 10a, 10b, 11a, 11b des jeweiligen Käfigs 9a, 9b sind über axial zwischen den beiden Ringen 10a, 10b, 11a, 11b angeordnete Führungselemente 12a, 12b miteinander verbunden. Dabei sind die jeweiligen Führungselemente 12a, 12b in Umfangsrichtung zwischen zwei Keilelementen 8a, 8b angeordnet und zumindest in Umfangsrichtung elastisch ausgebildet. Nach 1 wirken jeweils zwei Führungselemente 12a, 12b zur Lagerung eines jeweiligen Keilelements 8a mit einer jeweiligen Einkerbung 13a, 13b an dem jeweiligen Keilelement 8a, 8b zusammen. Dabei spannt das jeweilige Führungselement 12a, 12b die Keilelemente 8a des ersten Kupplungsrings 3a radial gegen den Innenring 1 vor. Demgegenüber spannt das jeweilige Führungselement 12a, 12b die Keilelemente 8b des zweiten Kupplungsrings 3b radial gegen den Außenring 2 vor.
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Eine Außenumfangsfläche 14 des Innenrings 1 und eine Innenumfangsfläche 15 des Außenrings 2 sind zylindrisch ausgebildet, wobei an der Außenumfangsfläche 14 des Innenrings 1 ebenso wie an der Innenumfangsfläche 15 des Außenrings 2 eine umlaufende Nut 16a, 16b zur Aufnahme des jeweiligen Kupplungsrings 3a, 3b ausgebildet ist. Die Vielzahl von Rampen 6 an der Außenumfangsfläche 5 der ersten Kupplungsscheibe 3a weist eine im Wesentlichen konvex gewölbte Kontur auf. Dementsprechend weist die Vielzahl von Rampen 7 an der Innenumfangsfläche 4 der zweiten Kupplungsscheibe 3b eine im Wesentlichen konkav gewölbte Kontur auf.
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Bei Rotation des Außenrings 2 relativ zum Innenring 1 in Sperrrichtung 17, nämlich einer Bewegung des Außenrings 2 entgegen des Uhrzeigersinns, laufen die Rampen 6, 7 am ersten und zweiten Kupplungsring 3a, 3b aufeinander zu, wodurch eine radiale Aufweitung der beiden Kupplungsringe 3a, 3b erzeugt wird. Dadurch entsteht eine drehfeste Verbindung, zwischen dem Außenring 2, den beiden Kupplungsringen 3a, 3b und dem Innenring 1.
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Bei Rotation des Außenrings 2 relativ zum Innenring 1 in Freilaufrichtung 18, nämlich einer Bewegung des Außenrings 2 im Uhrzeigersinn, laufen die Rampen 6, 7 am ersten und zweiten Kupplungsring 3a, 3b aufeinander ab bis die Rampen 6 am ersten Kupplungsring 3a keinen radialen Kontakt zu den Rampen 7 am zweiten Kupplungsring 3b haben. Die jeweiligen Keilelemente 8b des zweiten Kupplungsrings 3b kommen lediglich in Umfangsrichtung an den jeweiligen Keilelementen 8a des ersten Kupplungsrings 3a zur Anlage. Somit rotiert der Außenring 2 gemeinsam mit den beiden Kupplungsringen 3a, 3b relativ zum Innenring 1. Zwischen dem Außenring 2 und dem Innenring 1 findet keine Drehmomentübertragung statt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Innenring
- 2
- Außenring
- 3a, 3b
- Kupplungsring
- 4
- Innenumfangsfläche
- 5
- Außenumfangsfläche
- 6
- Rampen
- 7
- Rampen
- 8a, 8b
- Keilelement
- 9a, 9b
- Käfig
- 10a, 10b
- Ring
- 11a, 11b
- Ring
- 12a, 12b
- Führungselement
- 13a, 13b
- Einkerbung
- 14
- Außenumfangsfläche
- 15
- Innenumfangsfläche
- 16a, 16b
- Nut
- 17
- Sperrrichtung
- 18
- Freilaufrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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