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Die Erfindung betrifft eine Freilaufvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Ferner ist der Einsatz der Freilaufvorrichtung auch in Industrieanwendungen denkbar.
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Aus der
DE 10 2008 061 077 A1 geht eine Freilauf-Reibkupplung hervor. Diese umfasst einen flachen Außenring, mit einem runden Innenumfang und einem runden Außenumfang und einen flachen Klemmring, der einen versetzten Radius und mindestens einen verjüngten Klemmkörper aufweist, der mindestens einen Teil des Innenumfangs des Klemmrings bildet, und einen Außenumfang, der einen Spalt aufweist, wobei der Klemmring mit dem Innenumfang des Außenrings eine Presspassung bildet. Ferner umfasst die Freilauf-Reibkupplung einen Innenring, mit einer runden Innenkante und einem flachen äußeren Flansch, der eine Außenkante bildet, wobei die Außenkante im Wesentlichen rund ist und zu mindestens einer verjüngten Rampe ausgeformt ist. Die mindestens eine Rampe des Innenrings kommt in Kontakt mit mindestens einem der verjüngten Klemmkörper, um mindestens einen Reibeingriffspunkt zu bilden, wenn sie in eine Richtung gedreht wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Freilaufvorrichtung für ein Kraftfahrzeug weiterzuentwickeln, und insbesondere die Leistungsfähigkeit der Freilaufvorrichtung zu erhöhen und die Funktion der Freilaufvorrichtung zu verbessern.
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Die erfindungsgemäße Freilaufvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst einen Innenring und einen Außenring sowie mindestens eine radial zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnete Kupplungsscheibe, die aus einer Vielzahl von in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordneter sowie durch einen Käfig miteinander verbundener Segmente ausgebildet ist, wobei der Innenring an einer Außenumfangsfläche eine Vielzahl von Rampen aufweist, die mit korrespondierend dazu ausgebildeten Rampen an der mindestens einen Kupplungsscheibe zusammenwirken, um bei einer ersten Rotation des Innenrings eine Freilauffunktion zwischen dem Innenring und dem Außenring zu ermöglichen und bei einer zweiten Rotation des Innenrings, die entgegengesetzt zur ersten Rotation ist, eine Sperrfunktion zwischen dem Innenring und dem Außenring zu ermöglichen, wobei ferner stirnseitig am Innenring ein axial verschiebbarer Verstellring angeordnet ist, der bei einer axialen Betätigung dazu vorgesehen ist, den Innenring mit dem Käfig zu koppeln, um auch bei der zweiten Rotation des Innenrings eine Freilauffunktion zwischen dem Innenring und dem Außenring zu ermöglichen.
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Mit anderen Worten ist die Kupplungsscheibe aus dem Käfig und die am Käfig angeordneten Segmente ausgebildet. Mithin ist der Käfig dazu vorgesehen, die einzelnen Segmente aufzunehmen und an den jeweiligen Rampen am Innenring zu positionieren, wobei jedes Segment eine jeweilige Rampe an der Innenumfangsfläche aufweist. In Freilaufrichtung wird die Kupplungsscheibe von den Rampen am Innenring nahezu reibungsfrei mitgeschleppt. Demgegenüber erfolgt in Sperrrichtung eine Klemmung der Kupplungsscheibe durch eine konstruktive Interaktion der Rampen des Innenrings mit den Rampen am jeweiligen Segment. Insbesondere wird durch die konstruktive Interaktion der Rampen des Innenrings mit den Rampen am jeweiligen Segment die Kupplungsscheibe radial aufgeweitet. Mithin verklemmen die Segmente radial zwischen dem Innenring und dem Außenring und koppeln dadurch den Innenring mit dem Außenring.
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Bevorzugt ist der Käfig ringförmig ausgebildet und zur axialen Aufnahme sowie zur tangentialen Führung der Segmente vorgesehen. Insbesondere besteht der Käfig aus einem ersten und zweiten Ringelement, wobei die beiden Ringelemente über axial dazwischen ausgebildete Stege miteinander verbunden sind. Tangential zwischen zwei Stegen und axial zwischen den beiden Ringelementen ist jeweils eine Tasche ausgebildet, in der das jeweilige Segment aufgenommen ist.
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Vorzugsweise ist eine Innenumfangsfläche des Außenrings zylindrisch ausgebildet, wobei an der Innenumfangsfläche des Außenrings eine umlaufende Nut zur radialen Aufnahme der Segmente ausgebildet ist. Vorzugsweise ist eine Außenumfangsfläche der mindestens einen Kupplungsscheibe ebenfalls zylindrisch ausgebildet. Mithin sind radial zwischen der mindestens einen Kupplungsscheibe und dem Außenring keine Rampen ausgebildet. Insbesondere wird das jeweilige Segment von dem Käfig mit einer leichten Vorspannung in die Nut gedrückt. Somit kommt die Kupplungsscheibe radial in der Nut zur Anlage. Durch die Aufnahme der Kupplungsscheibe in der Nut ist eine Verkippung der Segmente bei einer Verklemmung zwischen dem Außenring und dem Innenring ausgeschlossen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Verstellring über mindestens einen Bolzen mit dem Innenring verbunden, wobei der Bolzen axial beweglich in einer dafür vorgesehenen Bohrung am Innenring geführt ist. Insbesondere weist der Verstellring mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte und an einer Stirnfläche des Verstellrings ausgebildete Bolzen auf. Der mindestens eine Bolzen dient zur Positionierung des Verstellrings am Innenring und zur axialen Führung des Verstellrings.
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Bevorzugt weist der Verstellring mindestens einen axial ausgebildeten Haltesteg auf, wobei der Haltesteg dazu vorgesehen ist, bei einer axialen Betätigung des Verstellrings tangential zwischen dem Käfig und einem jeweiligen Segment am Käfig zur Anlage zu kommen, um den Innenring mit dem Käfig zu koppeln. Insbesondere weist der Verstellring mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte und an der Stirnfläche des Verstellrings ausgebildete Haltestege auf. Der mindestens eine Haltesteg wird bei einer axialen Betätigung des Verstellrings in einen dafür vorgesehenen Luftspalt tangential zwischen dem Käfig und dem jeweiligen Segment angeordnet. Dies verhindert eine Verklemmung der Segmente zwischen dem Innenring und dem Außenring. Dadurch wird richtungsunabhängig eine Freilauffunktion realisiert. Mithin ist bei der axialen Betätigung des Verstellrings keine Sperrfunktion möglich, sodass kein Drehmoment zwischen dem Innenring und dem Außenring übertragbar ist. Die Kupplungsscheibe wird über den Verstellring mit dem Innenring gekoppelt und drehrichtungsunabhängig mitgeschleppt.
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Vorzugsweise weist die jeweilige Rampe an der Außenumfangsfläche des Innenrings zumindest teilweise ein Profil einer logarithmischen Spirale auf. Mit anderen Worten wächst ein Radius die jeweilige Rampe an der Außenumfangsfläche des Innenrings proportional zur Bogen- bzw. Spirallänge. Ferner kann die Rampe auch linear oder kurvenförmig oder basierend auf einer anderen mathematischen Funktion ausgebildet sein.
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Bevorzugt weist der Käfig mehrere radial ausgebildete Führungselemente auf, wobei das jeweilige Führungselement dazu vorgesehen ist, bei der ersten Rotation des Innenrings tangential an der jeweiligen Rampe an der Außenumfangsfläche des Innenrings zur Anlage zu kommen. Somit wird der Käfig und somit auch die gesamte Kupplungsscheibe bei der ersten Rotation des Innenrings über die mit dem jeweiligen Führungselement zusammenwirkende Rampe an der Außenumfangsfläche des Innenrings mitgeschleppt. Dadurch wird eine Freilauffunktion realisiert.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der drei Figuren näher dargestellt. Hierbei zeigt
- 1 eine schematische Stirnseitendarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung,
- 2 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung gemäß 1 in einer ersten Schaltstellung eines Verstellrings, und
- 3 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung gemäß 1 in einer zweiten Schaltstellung des Verstellrings.
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Gemäß 1 weist eine erfindungsgemäße Freilaufvorrichtung für ein - hier nicht dargestelltes - Kraftfahrzeug einen Innenring 1 und einen Außenring 2 sowie eine radial zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2 angeordnete Kupplungsscheibe 3 auf. Die Kupplungsscheibe 3 ist aus acht in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordneter sowie durch einen Kä4 miteinander verbundener Segmente 5 ausgebildet. Der Kä4 ist ringförmig ausgebildet und zur axialen Aufnahme sowie zur tangentialen Führung der Segmente 5 vorgesehen. Ferner weist der Innenring 1 an einer Außenumfangsfläche eine Vielzahl von Rampen 6 auf, wobei eine jeweilige Rampe 6 an der Außenumfangsfläche des Innenrings 1 mit einer jeweiligen korrespondierend dazu ausgebildeten Rampe 7 an einem jeweiligen Segment 5 der Kupplungsscheibe 3 zusammenwirkt. Die jeweilige Rampe 6 an der Außenumfangsfläche des Innenring 1 weist das Profil einer logarithmischen Spirale auf. Mithin weist auch die jeweilige Rampe an der Kupplungsscheibe 3 das Profil einer logarithmischen Spirale auf, die jedoch komplementär zur Rampe 6 an der Außenumfangsfläche des Innenrings 1 ausgebildet ist. Ferner weist der Kä4 mehrere radial ausgebildete Führungselemente 13 auf, wobei das jeweilige Führungselement 13 dazu vorgesehen ist, bei der ersten Rotation des Innenrings 1 tangential an der jeweiligen Rampe 6 an der Außenumfangsfläche des Innenrings 1 zur Anlage zu kommen. Dies ermöglicht ein Mitschleppen der Kupplungsscheibe 3 bei der ersten Rotation des Innenrings 1 und somit die Freilauffunktion der Freilaufvorrichtung. Mithin wird bei der ersten Rotation des Innenrings 1 die Freilauffunktion zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2 ermöglicht. Die erste Rotation ist vorliegend eine Rotation des Innenrings 1 gegen den Uhrzeigersinn. Demgegenüber wird bei einer zweiten Rotation des Innenrings 1, die entgegengesetzt zur ersten Rotation ist, eine Sperrfunktion zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2 ermöglicht. Mithin ist die zweite Rotation eine Rotation des Innenrings 1 im Uhrzeigersinn. Bei der Sperrfunktion der Freilaufvorrichtung laufen die Rampen 6 an der Außenumfangsfläche des Innenrings 1 auf den Rampen 7 an der Kupplungsscheibe 3 zu, so dass der Durchmesser der Kupplungsscheibe 3 vergrößert wird. Es kommt zu einer Verklemmung der Kupplungsscheibe 3 radial zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2. Insbesondere verklemmt jedes Segment 5 der Kupplungsscheibe 3 radial zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2, so dass bei der zweiten Rotation des Innenrings 1 ein Drehmoment zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2 übertragen wird.
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Ferner ist stirnseitig am Innenring 1 ein axial verschiebbarer Verstellring 8 angeordnet, der bei einer axialen Betätigung dazu vorgesehen ist, den Innenring 1 mit dem Kä4 zu koppeln, um auch bei der zweiten Rotation des Innenrings 1 eine Freilauffunktion zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2 zu ermöglichen. Mithin wird bei einer axialen Betätigung des Verstellrings 8 drehrichtungsunabhängig eine Freilauffunktion realisiert. Eine Drehmomentübertragung zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2 ist somit nicht möglich. Der Verstellring 8 weist vier axial ausgebildete Haltestege 12 auf, wobei die Haltestege 12 bei einer axialen Betätigung des Verstellrings 8 tangential zwischen dem Kä4 und dem jeweiligen Segment 5 am Kä4 zur Anlage kommen, um den Innenring 1 mit dem Kä4 zu koppeln. Dies ermöglicht ein Mitschleppen der Kupplungsscheibe 3 auch bei der zweiten Rotation des Innenrings 1 und somit eine drehrichtungsunabhängige Freilauffunktion der Freilaufvorrichtung.
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Gemäß der 2 und 3, die eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung darstellen, ist eine Innenumfangsfläche des Außenrings 2 zylindrisch ausgebildet, wobei an der Innenumfangsfläche des Außenrings 2 eine umlaufende Nut 9 zur radialen Aufnahme der Segmente 5 ausgebildet ist. Der Verstellring 8 ist über mehreren Bolzen 10 mit dem Innenring 1 verbunden. Der Bolzen 10 ist stirnseitig am Verstellring 8 ausgebildet und axial beweglich in einer dafür vorgesehenen Bohrung 11 am Innenring 1 geführt. Ferner weist der Verstellring 8 die axial ausgebildeten Haltestege 12 auf.
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Gemäß 2 ist der Verstellring 8 axial nicht betätigt. Somit ist tangential zwischen dem Kä4 und einem jeweiligen Segment 5 ein Luftspalt 14 ausgebildet. Dieser tangentiale Luftspalt 14 ermöglicht bei der zweiten Rotation des Innenrings 1 eine Relativdrehung zwischen der Kupplungsscheibe 3 und dem Innenring 1 und dadurch ein Verklemmen der Kupplungsscheibe 3 zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2.
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Nach 3 ist der Verstellring 8 axial betätigt, so dass die Haltestege 12 tangential zwischen dem Kä4 und dem jeweiligen Segment 5 am Kä4 zur Anlage kommen, um den Innenring 1 mit dem Kä4 zu koppeln. Der Luftspalt 14 wird somit mit dem Haltesteg 12 gefüllt, sodass eine Relativdrehung zur Einleitung einer Verklemmung der Kupplungsscheibe 3 zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2 verhindert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Innenring
- 2
- Außenring
- 3
- Kupplungsscheibe
- 4
- Käfig
- 5
- Segment
- 6
- Rampe am Innenring
- 7
- Rampe am Segment
- 8
- Verstellring
- 9
- Nut
- 10
- Bolzen
- 11
- Bohrung
- 12
- Haltesteg
- 13
- Führungselement
- 14
- Luftspalt
