-
Die Erfindung betrifft einen Aktuator mit axialer Betätigung für einen schaltbaren Freilauf sowie einen schaltbaren Freilauf mit einem solchen Aktuator gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
-
Bei einer Vielzahl von Getriebekonzepten werden die zu schaltenden Gänge mit Hilfe von mindestens einer Kupplung sowie mindestens einem Synchronisationsmechanismus geschaltet. Um einen Gang während der Fahrt einlegen zu können, wird zunächst durch das Betätigen der Kupplung der Antriebsmotor von der Eingangswelle des Getriebes getrennt. Anschließend wird die Drehzahl der Eingangswelle auf die Drehzahl des gewählten Gangrades synchronisiert. Erst dann wird eine formschlüssige Verbindung zwischen der Eingangswelle und dem Gangrad hergestellt.
-
Dieser Vorgang ist in automatisierten Schaltgetrieben insofern kritisch, als dass bei einem Schaltvorgang der Antriebsmotor, insbesondere ein Verbrennungsmotor, von der Eingangswelle des Getriebes getrennt wird. Dementsprechend wird im entkoppelten Betriebszustand keine Leistung über das Getriebe übertragen. Es entsteht eine sogenannte Zugkraftunterbrechung, welche sich beim Fahrer durch eine komfortbeeinflussende Längsdynamikschwingung auswirkt.
-
In manuellen Schaltgetrieben ist dieser Vorgang weniger kritisch, da der Fahrer manuell den Schaltvorgang veranlasst und sich auf die Zugkraftunterbrechung einstellen kann. In automatisierten Getriebekonzepten wird der Fahrer mehr oder weniger durch die schaltungsbedingten Längsdynamikschwingungen überrascht. Deutlich zu spüren ist dies bei automatisierten manuellen Schaltgetrieben. Bei einem Doppelkupplungsgetriebe kann dieses Problem durch die Doppelkupplung prinzipiell gelöst werden, da das Getriebe in zwei Teilgetriebe aufgeteilt wird und durch die Doppelkupplung ein Überblenden zwischen den beiden Teilgetrieben ohne Zugkraftunterbrechung möglich ist. Diese Überblendung kann auch unter Last erfolgen.
-
Bei Getriebekonzepten von Elektro- und Hybridfahrzeugen mit mehr als einem Gang kann das Problem auftreten, dass während des Schaltvorgangs eine Zugkraftunterbrechung eintreten kann. Im Falle der Hybridfahrzeuge kann abhängig vom Getriebekonzept während des Schaltvorgangs der Verbrennungsmotor zugeschaltet werden, um die Zugkraftunterbrechung zu kompensieren.
-
Im Falle von Elektrofahrzeugen muss ein spezielles Getriebekonzept vorgesehen werden, damit eine zugkraftunterbrechungsfreie Schaltung in einem mehrgängigen Getriebe realisiert werden kann. Eine Möglichkeit, eine Lastschaltung umzusetzen ist die Integration einer Kupplung in Kombination mit einem konventionellen Schaltelement. Im speziellen kann hierzu ein schaltbarer Freilauf verwendet werden, welcher aber ein bestimmtes Design erfordert, um im Antriebsstrang eine Rekuperation zu ermöglichen.
-
Aus der
DE 10 2015 201 403 A1 sind eine Rücklaufsperre sowie ein Verteilergetriebe mit einer solchen Rücklaufsperre bekannt, welche einen drehbeweglichen Innenring, einen stationär festgelegten Außenring sowie einen zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordneten Käfig aufweist. Dabei werden durch den Käfig mehrere Rollenpaare geführt, wobei zwischen den beiden Rollen des jeweiligen Rollenpaares mindestens ein Federelement angeordnet ist. Dabei ist an der Außenumfangsfläche des Innenrings mindestens ein radial nach außen ausgebildeter Nocken angeordnet, der in eine im Käfig ausgeformte Nut eingreifen kann. Dabei wird eine Kupplung, also eine Rücklaufsperre durch eine umfangsgerichtete Drehung des Käfigs erreicht.
-
Aus der
DE 10 2009 051 074 A1 ist ein schaltbarer Freilauf bekannt, welcher einen drehbar gelagerten Gehäuseabschnitt mit einer inneren Klemmfläche aufweist. Der schaltbare Freilauf weist ferner einen Innenring mit der Klemmfläche des Gehäuseabschnitts zugewandten Klemmrampen auf. In dem Freilauf sind in einem Spaltraum zwischen den Klemmrampen und den Klemmflächen paarweise angeordnete Klemmkörper positioniert, welche über eine von Federelementen ausgeübte Federkraft in ihrer den Gehäuseabschnitt in beide Drehrichtungen klemmenden Klemmposition gehalten sind. Dabei sind zwei Schaltringe mit über den Umfang verteilten Schaltfingern vorgesehen, die über Stellmittel derart entgegengesetzt zueinander verdreht werden können, dass alle Klemmkörper aus ihrer Klemmposition lösbar und die Drehbarkeit des Gehäuseabschnitts gleichzeitig in beide Drehrichtungen freischaltbar ist.
-
Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch, dass der Verstellmechanismus und der zur Verstellung notwendige Aktuator vergleichsweise komplex sind. Weiterhin ist mit dieser Lösung kein Verstellen in einem voll rotativen System möglich, bei dem sich sowohl der Innenring als auch der Außenring drehen.
-
Die in
DE 618 767 A und
US 2005/0236246 A1 offenbaren in beide Drehrichtungen schaltbare Freilaufkupplungen, über welche durch Klemmen von Klemmkörpern eine drehfeste Verbindung zwischen zwei Wellen bzw. einer Welle und einem Gehäuse herstellbar ist. Die Klemmkörper sind in einem Käfig geführt. Außerdem weist die jeweilige Freilaufkupplung eine Reibkupplung mit zwei Bremsflächen auf, von denen eine mit einer Welle und die andere mit dem Käfig verbunden ist. Durch Betätigung der Reibkupplung werden die Bremsflächen gegeneinander in Kontakt gebracht und die Klemmkörper aus einer Freilaufstellung in eine Sperrstellung gebracht.
-
In
DE 1 176 936 A ist eine unter Last schaltbare Klemmrollen-Freilaufkupplung offenbart, deren Klemmkörper paarweise radial übereinander angeordnet und dabei radial durch einen elastischen Schaltring voneinander getrennt sind. Über Verdrehen des Schaltringes lässt sich die Kupplung sowohl lösen als auch die Klemmrichtung der Freilaufkupplung ändern.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, einen alternativen Aktuator für einen schaltbaren Freilauf vorzuschlagen, welcher über eine axiale Kraft betätigbar ist und den Freilauf dabei zwischen zwei unterschiedlichen Betriebszuständen umschaltet.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Aktuator zur axialen Betätigung eines schaltbaren Freilaufs, umfassend einen Aktuatorring, an dem aus einer Grundfläche des Aktuatorrings vorstehende Aktuierungselemente und Führungsstifte zur Aufnahme einer Rückstellfeder ausgebildet sind, gelöst. Der Aktuatorring steht mit einem Käfig in Wirkverbindung, wobei der Käfig Ausnehmungen aufweist, in welchen Reibelemente aufgenommen sind. Dabei bewirken die Aktuierungselemente bei einer axialen Verschiebung des Aktuatorrings in Richtung des Käfigs eine Verformung der Reibelemente, derart, dass ein Kontakt, insbesondere eine kraftschlüssige oder formschlüssige Verbindung, zwischen dem Reibelement und einem den Käfig in radialer Richtung umgebenden Bauteil gelöst oder hergestellt wird. Durch einen erfindungsgemäßen Aktuator kann ein Schaltvorgang sowohl ohne Last als auch unter Last erfolgen. Durch eine Betätigung des Aktuators wird der Aktuatorring in Richtung des Käfigs verschoben und drückt die Reibelemente über die Aktuierungselemente zusammen, so dass diese Reibelemente nicht mehr in Kontakt mit einem Außenring des Freilaufs stehen. Dadurch wird kein Drehmoment mehr vom Außenring auf den Käfig übertragen, wodurch eine offene Kupplung entsteht. Die Schaltung erfolgt im Stillstand ohne zeitlichen Versatz oder unter Drehzahl, nachdem der Freilauf drehmomentenfrei ist und die aktiven Klemmrollen aus der Klemmung gehen. Dabei wird der Käfig des schaltbaren Freilaufs über die Zentrierfedern in eine Mittenstellung, bezogen auf die Klemmrampen am Innenring, gedreht. Erst jetzt ist der Antriebstrang vom Antrieb getrennt.
-
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Aktuators möglich.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aktuierungselemente keilförmig oder konisch ausgebildet sind, wobei die Aktuierungselemente in einem dem Aktuatorring zugewandten Abschnitt einen größeren Durchmesser oder Umfang als an ihrem dem Käfig zugewandten Abschnitt aufweisen. Durch keilförmig oder konisch ausgebildete Aktuierungselemente ist auf einfache Art und Weise eine Verformung der Reibelemente möglich; dabei werden durch die konische Form oder die Keilform, die Reibelemente vorgespannt, was zu einer Verformung der Reibelemente führt.
-
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Reibelemente durch die Aktuierungselemente derart zusammengedrückt werden, dass eine Reibfläche an der Außenseite der Reibelemente in radialer Richtung, in Richtung des Käfigs verschoben wird. Durch die keilförmigen oder konischen Aktuierungselemente kann eine Verformung der Reibelemente erfolgen, wodurch sich die Ausdehnung in radialer Richtung verringert. Somit kann auf einfache Art und Weise ein „Einschieben“ der Reibelemente in den Käfig erfolgen, wodurch ein Spalt zwischen dem Käfig und einem den Käfig in radialer Richtung umgebenden Außenring entsteht.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Aktuators ist vorgesehen, dass an dem Käfig eine Zerfallsicherung ausgebildet ist, mit welcher ein selbstständiges Lösen des Aktuatorrings vom Käfig verhindert wird. Durch eine Zerfallsicherung kann die Montage des schaltbaren Freilaufs erleichtert werden. Insbesondere ermöglicht die Zerfallsicherung eine Montage in einer Einbaulage, bei welcher der Aktuatorring ohne Zerfallsicherung aufgrund der Schwerkraft vom schaltbaren Freilauf abfallen würden.
-
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Zerfallsicherung in Form von Formschlusselementen ausgeführt ist, welche eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Aktuatorring und dem Käfig herstellen. Durch Formschlusselemente, welche auf einfache Art und Weise bei der Herstellung an dem Käfig oder dem Aktuatorring angeformt werden können, kann die Zerfallsicherung besonders einfach und preisgünstig hergestellt werden. Zudem kann über die Zerfallsicherung ein Anschlag für den Aktuatorring ausgebildet werden, um den Verstellweg für den Aktuator zu begrenzen.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Aktuators ist vorgesehen, dass die Reibschlusselemente als Omega-Federn ausgeführt sind, welche in Taschen des Käfigs formschlüssig aufgenommen sind. Durch eine Feder in Form des griechischen Buchstaben Omega, kann auf einfache und kostengünstige Art ein Reibelement ausgebildet werden, welches sich durch die Aktuierungselemente entsprechend verformen lässt. Dabei kann gezielt eine Vorspannung eingestellt werden, mit welcher die Omega-Feder im unbelasteten Ausgangszustand gegen den Außenring drückt.
-
Erfindungsgemäß wird ein schaltbarer Freilauf mit einem Außenring, einem relativ zum Außenring verdrehbaren Innenring sowie mit einem Käfig vorgeschlagen, welcher zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnet ist. Der schaltbare Freilauf umfasst mindestens ein Klemmkörperpaar, welches durch eine Feder verbunden ist, wobei an einem der Ringe, insbesondere am Innenring, mindestens eine Klemmrampe für einen Klemmkörper ausgebildet ist, welche in radialer Richtung in Richtung des Käfigs über die Grundfläche des jeweiligen Rings vorsteht. Dabei ist ein erfindungsgemäßer Aktuator vorgesehen, wobei die Reibelemente in einer ersten Schaltstellung des Aktuators an dem Außenring anliegen und in einer zweiten Schaltstellung des Aktuators vom Außenring getrennt sind. Wird der Käfig aufgrund einer Drehzahldifferenz zwischen dem Außenring und dem Innenring verdreht, kann der Freilauf in Drehrichtung Moment übertragen. In dieser Position wird der Käfig des schaltbaren Freilaufs in Drehrichtung des Außenrings relativ zum Innenring verdreht. Dabei werden die Klemmkörper derart zu den Klemmrampen positioniert, dass sich eine Sperrwirkung ergibt. Dadurch können die Klemmkörper mit dem Außenring in Klemmung gehen und ein Moment übertragen. Die entgegengesetzten Rampen werden gleichzeitig bei der Schaltung gesperrt, sodass die Klemmkörper auf eine Parkposition gebracht werden und am Innenring anliegen. Bei einer Drehrichtungsumkehr werden die entgegengesetzten Rampen freigegeben und die aktuellen Rampen gesperrt. Somit kann der schaltbare Freilauf in beide Richtungen sperren.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform des schaltbaren Freilaufs ist vorgesehen, dass eine Reibfläche der Reibelemente im unbetätigten Ausgangszustand an einer Innenfläche des Außenrings anliegt und die Reibelemente durch eine axiale Verschiebung des Aktuatorrings derart zusammengedrückt werden, dass ein Kontakt zwischen den Reibelementen und dem Außenring gelöst wird. Durch das Zusammendrücken der Reibelemente, insbesondere der Omega-Federn kann ein Spalt zwischen dem Reibelement und dem Außenring erzeugt werden, was zu einem Zentrieren des Käfigs bezogen auf den Innenring führt. Anschließend werden die Klemmkörper bei einem Drehzahlunterschied zwischen dem Außenring und dem Innenring nicht mitgenommen und der Freilauf kann frei drehen.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein, eine axiale Verschiebung des Aktuatorrings bewirkendes Stellelement vorgesehen ist, welches bei einer Aktivierung eine lineare Verschiebung des Aktuatorrings in Richtung des Käfigs bewirkt. Durch ein in axialer Richtung wirkendes lineares Stellelement, kann auf vergleichsweise einfache und kostengünstige Art und Weise eine Schaltung des schaltbaren Freilaufs erfolgen. Dabei erfolgt durch eine Aktivierung des Stellelements eine axiale Verschiebung des Aktuatorrings in Richtung des Käfigs, wodurch die Reibelemente zusammengedrückt werden und ein Spalt zwischen den Reibelementen und dem Außenring entsteht.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der schaltbare Freilauf als ein voll rotatives System ausgeführt ist, bei dem sich sowohl der Au-ßenring als auch der Innenring im Betrieb drehen können. Durch den vorgeschlagenen Aktuator ist auch bei einem solchen schaltbaren Freilauf ein Umschalten zwischen den unterschiedlichen Betriebsmodi möglich.
-
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn an dem Aktuatorring Führungsstifte ausgebildet sind, auf welchen Rückstellfedern aufgenommen sind, wobei die Rückstellfedern an einer Stirnfläche des Käfigs anliegen und ein Rückstellen des Aktuatorrings in seine Ausgangsposition bewirken, wenn das Stellelement nicht aktiviert oder angesteuert wird. Die Rückstellfedern werden durch die Kraft des Aktuators und eine lineare Verschiebung des Aktuatorrings zusammengedrückt. Durch eine Deaktivierung des Stellelements wird der Aktuatorring durch die Vorspannung der Rückstellfedern wieder in seine Ausgangsposition zurückgeschoben, wodurch sich die Reibschlusselemente wieder in ihre Ausgangsform verformen und an der Innenseite das Außenrings anliegen. Somit kann wieder ein Drehmoment zwischen dem Außenring und dem Käfig übertragen werden, sodass der schaltbare Freilauf bei einem Drehzahlunterschied zwischen dem Außenring und dem Innenring wieder in seine Sperrposition geht. Somit kann ein Antriebsmoment zwischen dem Außenring und dem Innenring in beide Richtungen übertragen werden.
-
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators sowie eines schaltbaren Freilaufs mit einem solchen Aktuator in einer Explosionsdarstellung.
- 2 einen erfindungsgemäßen Aktuator sowie einen Innenring und einen Außenring eines Freilaufs in einer Explosionsdarstellung;
- 3 einen schaltbaren Freilauf in einer Seitenansicht; und
- 4 eine Schnittdarstellung sowie eine dreidimensionale Darstellung eines schaltbaren Freilaufs mit einem erfindungsgemäßen Aktuator.
-
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen schaltbaren Freilaufs 1 mit einem Aktuator und einer automatischen Zentriereinrichtung 11, 12 dargestellt. Der schaltbare Freilauf 1 umfasst einen Außenring 2 und einen Innenring 7, welche relativ zueinander verdrehbar sind. Der schaltbare Freilauf 1 umfasst ferner einen Kä 3, welcher in radialer Richtung zwischen dem Innenring 7 und dem Außenring 2 angeordnet ist und mehrere Klemmkörperpaare 5, 6, führt. Dabei umfasst jedes Klemmkörperpaar 5, 6 einen ersten Klemmkörper 5, insbesondere eine erste Klemmrolle, und einen zweiten Klemmkörper 6, insbesondere eine zweite Klemmrolle, welche über eine Feder 4 miteinander verbunden sind. Alternativ können die Klemmkörper auch über einzelne Federn 4 am Kä3 abgestützt sein. An dem Innenring 7 sind mehrere Klemmrampen 8, 22, welche von einer Grundfläche des Innenrings 7 radial nach außen vorstehen, ausgebildet. Zwischen den Klemmrampen 8, 22 sind an einer Anschlagkontor 23 jeweils zwei weitere Rampen 9, 10 ausgebildet, welche ein Klemmen der Klemmkörper 5,6 entgegengesetzt zu ihrer Klemmrichtung, also in Freilaufrichtung, verhindern. Der schaltbare Freilauf 1 umfasst ferner mehrere Zentrierfedern 11, welche mittels eines Zentrierfederhalters 12 an dem Innenring 7 befestigbar sind. Die Zentrierfedern 11 werden in axialer Richtung zwischen dem Innenring 7 und dem Zentrierfederhalteblech 12 angeordnet, wobei sie vorzugsweise formschlüssig in Nuten am Zentrierfederhalteblech 12 aufgenommen sind. An dem Kä3 sind Dome angeformt, an welchen die Endabschnitte der Zentrierfedern 11 anliegen und somit eine Zentrierung des Kä3 relativ zum Innenring 7 ermöglichen.
-
Der Aktuator umfass einen Aktuatorring 13, an welchem aus einer Grundfläche des Aktuatorrings 13 vorstehende Aktuierungselemente 14 angeformt sind. Ferner sind an dem Aktuatorring 13 Führungsstifte 15 zur Aufnahme von Rückstellfedern 20 ausgebildet. Dabei sind die Aktuierungselemente 14 und die Führungsstifte 15 vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Aktuatorrings 13 angeordnet. An dem Kä3 sind Ausnehmungen 21 ausgebildet, in welchen Reibelemente 16, vorzugsweise Omega-Federn 17, eingesetzt sind. Dabei werden die Reibelemente 16 formschlüssig in dem Kä3 aufgenommen, um ein Verrutschen der Reibelemente 16 zu verhindern. Ferner sind an dem Kä3 in axialer Richtung aus dem Kä3 vorstehende Formschlusselemente 19 ausgebildet, welche in Öffnungen in dem Aktuatorring 13 einrasten können und als Zerfallsicherung 18 dienen.
-
In 2 ist eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Aktuators für einen schaltbaren Freilauf 1 dargestellt, welcher mit einem Außenring 2 des Freilaufs 1 in Wirkverbindung treten kann. Dabei weist der Aktuator einen Aktuatorring 13 auf, an welchem Aktuierungselemente 14 ausgebildet sind, welche mit den in dem Kä3 aufgenommenen Reibelementen 16 in Wirkverbindung treten können. Ferner sind an dem Aktuatorring 13 Führungsstifte 15 zur Aufnahme und Führung von Rückstellfedern 20 ausgebildet, welche sich an einer Stirnfläche des Kä3 abstützen und den Aktuatorring 13 wieder in seine Ausgangsposition zurückbringen. Dabei bewirkt eine axiale Verschiebung des Aktuatorrings 13, dass die Aktuierungselemente in die Reibelemente 16 eingreifen und diese derart verformen, dass eine Reibfläche an den Reibelementen in radialer Richtung nach innen vorschoben wird, sodass die Reibfläche nicht mehr in Kontakt mit dem Außenring 2 steht. Ferner ist ein Innenring 7 dargestellt, auf welchen der Kä3 aufgeschoben ist.
-
In 3 ist eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen schaltbaren Freilaufs 1 mit einem solchen Aktuator dargestellt. Dabei ist zu erkennen, dass die Reibelemente 16 als Omega-Federn 17 ausgebildet sind und in einem unbelasteten Ausgangszustand an einer Innenseite des Außenrings 2 anliegen. Somit kann der Käfig reibschlüssig vom Außenring 2 mitgenommen werden, wenn eine Drehzahldifferenz zwischen dem Außenring 2 und dem Innenring 7 auftritt.
-
In 4 ist eine weitere Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen schaltbaren Freilaufs 1 dargestellt. Dabei ist zu erkennen, dass bei einer Aktivierung des Stellelements die Aktuierungselemente 14 in die Reibelemente 16 eingreifen und diese derart verformen, dass zwischen dem Reibelement 16 und dem Außenring 2 ein Spalt entsteht.
-
Bei nicht betätigtem Aktor wird ein Drehmoment mittels Reibschluss zwischen dem Außenring 2 und den Reibelementen 16 auf den Kä3 übertragen. Dadurch wird der Freilauf 1 bei einer Drehzahldifferenz zwischen dem Außenring 2 und dem Innenring 7 in eine Klemmposition überführt.
-
Bei betätigtem Aktor findet kein Reibschluss zwischen den Reibelementen 16 und dem Außenring 2 statt. Der Kä3 wird über die Zentriervorrichtung 11, 12 in einer Mittenposition gehalten. Die Klemmkörper 5, 6 liegen in diesem Betriebszustand ausschließlich am Innenring 7 an und bewegen sich nicht, sodass der Kä3 mit der Drehzahl des Innenrings 7 mitrotiert. Somit kann der schaltbare Freilauf 1 frei drehen und es können keine Kräfte zwischen dem Innenring 7 und dem Außenring 2 übertragen werden.
-
Die Betätigung des Aktuators kann im Stillstand ohne Last oder im Betrieb unter Last erfolgen. Bei einer Aktivierung wird der Aktuatorring 13 in Richtung des Kä3 verschoben und drückt die Reibelemente 16 über die Aktuierungselemente 14 zusammen, so dass die Reibelemente 16 nicht mehr in Kontakt zum Außenring 2 stehen. Es wird wie bei einer geöffneten Kupplung kein Drehmoment mehr vom Außenring 2 auf den Kä3 übertragen.
-
Für den schaltbaren Freilauf 1 bedeutet dies, dass eine Schaltung im Stillstand sofort, unter Last jedoch erst dann erfolgt, wenn das Drehmoment am Freilauf weggenommen wird und die aktiven Klemmkörper 5, 6 aus der Klemmung gehen. Ist der Kä3 des schaltbaren Freilaufs 1 momentenfrei, wird er durch die Zentrierfedern 11 automatisch in eine Mittenposition verdreht. Die Klemmkörper 5, 6 werden dabei gleichzeitig in eine Parkposition gebracht, in welcher die Klemmkörper 5, 6 ausschließlich am Innenring 7 anliegen. Dabei haben die Klemmkörper 5, 6 keinen Kontakt mehr mit dem Außenring 2 und können somit nicht mehr klemmen. Der schaltbare Freilauf 1 kann in dieser Schaltstellung in beide Richtungen frei drehen.
-
Vorteilhaft ist dabei, dass die Betätigungsgeschwindigkeit und Kraft des Aktuators nicht sehr hoch sein muss, da die Betätigung des Aktuators und somit die Aktivierung der Freilauffunktion schon vor der eigentlichen Schaltung erfolgen kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass bei aktivierter Freilauffunktion keine Verlustleistung erzeugt wird, da die Reibelemente 16 komplett vom Außenring 2 getrennt werden.
-
Bei nicht betätigtem Aktuator stehen die Reibelemente 16 im dauerhaften Reibschluss mit dem Außenring 2. Es kann ein Moment vom Außenring 2 zum Kä3 in beide Richtungen übertragen werden. Das Umschalten zwischen betätigtem Aktuator und dem Lösen kann im Stillstand oder bei einer Drehzahldifferenz zwischen dem Außenring 2 und dem Innenring 7 erfolgen. In dieser Schaltstellung wird die Betätigung des Aktuatorrings 13 gelöst und der Aktuatorring 13 durch die Rückstellfedern 20 in axialer Richtung, weg vom Kä3, in seine unbelastete Ausgangsposition gedrückt. Die Reibelemente 16 werden in dieser Ausgangsposition nicht mehr über die Aktuierungselemente 14 zusammengedrückt und gehen wieder in Reibschluss mit dem Außenring 2. Somit kann in dieser Schaltstellung ein Moment vom Außenring 2 auf den Kä3 in beide Drehrichtungen übertragen werden, wodurch eine Kupplung geschlossen wird.
-
Für den schaltbaren Freilauf 1 bedeutet dies, dass die Schaltung zwischen einem ersten Betriebszustand (Freilauf) und einem zweiten Betriebszustand (Klemmung) sofort erfolgt, wenn durch eine Drehzahldifferenz zwischen dem Außenring 2 und dem Innenring 7, der Kä3 relativ zum Innenring 7 verdreht wird. Dabei wird der Kä3 in Drehrichtung des Außenrings 2 relativ zum Innenring 7 verdreht. Dadurch kommen die jeweiligen Klemmkörper 5 an der jeweiligen Klemmrampe 8 zur Anlage und sind bereit, eine Sperrfunktion auszulösen. Die jeweiligen Klemmkörper 6 werden von dem Kä3 derart gehalten, dass ein Anliegen des Klemmkörpers 6 an der Klemmrampe 22 sicher verhindert wird. Somit ist eine Freilauffunktion in eine entgegengesetzte Drehrichtung ermöglicht, während der schaltbare Freilauf 1 eine Drehung in dieser Drehrichtung sperrt. Gleichzeitig werden die jeweils anderen Klemmkörper 5 oder 6 des Klemmkörperpaars 5, 6 in der Parkposition gehalten. Somit ist der schaltbare Freilauf 1 in eine erste Drehrichtung gesperrt. Bei einer Umkehr der Drehrichtung werden die jeweils anderen Klemmkörper 5 oder 6 des Klemmkörperpaares entlang der Klemmrampen 8, 22 gegen den Außenring 2 gedrückt und der Freilauf 1 sperrt in einer zweiten Drehrichtung. Gleichzeitig werden die jeweils anderen Klemmkörper 5, 6 des Klemmkörperpaars in die Parkposition gebracht.
-
Der Aufbau des vorgeschlagenen Aktuators ist insoweit vorteilhaft, als dass er in einen schaltbaren Freilauf 1 integriert werden kann und somit Bauraum und Kosten eingespart werden können. Weiterhin vorteilhaft ist, dass mit dieser Lösung ein Verstellen in einem voll rotativen System möglich ist, bei dem sich sowohl der Außenring 2 als auch der Innenring 7 drehen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Schaltbarer Freilauf
- 2
- Außenring
- 3
- Käfig
- 4
- Feder
- 5
- Erster Klemmkörper
- 6
- Zweiter Klemmkörper
- 7
- Innenring
- 8
- Erste Klemmrampe
- 9
- Rampe
- 10
- Rampe
- 11
- Zentrierfeder
- 12
- Zentrierfederhalteblech
- 13
- Aktuatorring
- 14
- Aktuierungselemente
- 15
- Führungsstifte
- 16
- Reibelement
- 17
- Omega-Feder
- 18
- Zerfallsicherung
- 19
- Formschlusselement
- 20
- Rückstellfeder
- 21
- Ausnehmung
- 22
- Zweite Klemmrampe
- 23
- Anschlagkontur
