DE102019220047A1 - Schaltbare Freilaufkupplung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine schaltbare Freilaufkupplung (1) umfassend eine erste und zweite Welle (2, 3), die koaxial zueinander angeordnet sowie um eine gemeinsame Drehachse (4) relativ zueinander verdrehbar gelagert sind, eine Vielzahl von Klemmkörpern (5), die radial zwischen den beiden Wellen (2, 3) angeordnet sind, und mindestens einen Elektromagneten (6), wobei die Klemmkörper (5) in einer Sperrposition beide Wellen (2, 3) drehfest miteinander verbinden, und wobei die Klemmkörper (5) in einer Freilaufposition eine relative Verdrehung der beiden Wellen (2, 3) zueinander erlauben, wobei die Sperrposition und die Freilaufposition der Klemmkörper (5) drehrichtungs- und drehzahlabhängig von den beiden Wellen (2, 3) sind, wobei ein erster und zweiter ferromagnetischer Käfig (7, 8) zur Aufnahme und Führung der Klemmkörper (5) radial zwischen den beiden Wellen (2, 3) angeordnet sind, wobei die beiden Käfige (7, 8) dazu eingerichtet sind, einen Magnetfluss des mindestens einen Elektromagneten (6) derart zu führen, dass die beiden Käfige (7, 8) relativ zueinander verdreht und die Klemmkörper (5) in die Freilaufposition überführt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine schaltbare Freilaufkupplung mit einer ersten und zweiten Welle, einer Vielzahl von Klemmkörpern und mindestens einem Elektromagneten. Insbesondere ist die schaltbare Freilaufkupplung zur Verwendung in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug einem Lastkraftwagen oder einem Zweirad, vorzugsweise einem Elektrofahrrad, E-Bike oder Pedelec vorgesehen.
  • Beispielsweise geht aus der DE 10 2015 224 779 A1 eine Anordnung mit einer ersten Komponente, einer zweiten Komponente, einem ersten Sperrelement und mindestens einem Elektromagneten hervor. Die erste Komponente und die zweite Komponente sind relativ zueinander um eine Drehachse in eine erste Richtung und eine zweite Richtung verdrehbar, wenn das erste Sperrelement eine erste Position einnimmt. Das erste Sperrelement sperrt eine Verdrehung der ersten Komponente und der zweiten Komponente um die Drehachse relativ zueinander in die zweite Richtung, wenn das erste Sperrelement eine zweite Position einnimmt. Ein Magnetfeld des Elektromagneten bewirkt, dass das erste Sperrelement die zweite Position einnimmt. Das erste Sperrelement besteht zumindest teilweise aus einem ferromagnetischen Material, wobei das Magnetfeld zumindest teilweise durch das erste Sperrelement verläuft.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative schaltbare Freilaufkupplung zu schaffen, insbesondere eine Funktionsweise und ein Funktionsspektrum zu erweitern sowie einen Verschleiß der Freilaufkupplung zu minimieren.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
  • Eine erfindungsgemäße schaltbare Freilaufkupplung umfasst eine erste und zweite Welle, die koaxial zueinander angeordnet sowie um eine gemeinsame Drehachse relativ zueinander verdrehbar gelagert sind, eine Vielzahl von Klemmkörpern, die radial zwischen den beiden Wellen angeordnet sind, und mindestens einen Elektromagneten, wobei die Klemmkörper in einer Sperrposition beide Wellen drehfest miteinander verbinden, und wobei die Klemmkörper in einer Freilaufposition eine relative Verdrehung der beiden Wellen zueinander erlauben, wobei die Sperrposition und die Freilaufposition der Klemmkörper drehrichtungs- und drehzahlabhängig von den beiden Wellen sind, wobei ein erster und zweiter ferromagnetischer Käfig zur Aufnahme und Führung der Klemmkörper radial zwischen den beiden Wellen angeordnet sind, wobei die beiden Käfige dazu eingerichtet sind, einen Magnetfluss des mindestens einen Elektromagneten derart zu führen, dass die beiden Käfige relativ zueinander verdreht und die Klemmkörper in die Freilaufposition überführt werden.
  • Mithin sind die erste und zweite Welle relativ zueinander um die Drehachse in eine erste Richtung und eine zweite Richtung verdrehbar gelagert, wobei die Klemmkörper in Abhängigkeit der Drehrichtung und Drehzahl der Wellen eine Relativbewegung der Wellen zueinander sperren, sodass die beiden Wellen in der Sperrposition der Klemmkörper drehfest miteinander verbunden sind. Beispielsweise liegt die Sperrposition der Klemmkörper vor, wenn beide Wellen in eine erste Drehrichtung drehen und die erste Welle schneller dreht als die zweite Welle. Ferner liegt die Sperrposition der Klemmkörper vor, wenn die erste Welle in die erste Drehrichtung dreht und die zweite Welle in eine zweite Drehrichtung dreht, wobei die zweite Drehrichtung entgegengesetzt zu der ersten Drehrichtung ist. Die Sperrposition der Klemmkörper liegt auch vor, wenn beide Wellen in die zweite Drehrichtung drehen und die zweite Welle schneller dreht als die erste Welle. In allen anderen Zuständen, die zuvor nicht genannt wurden, liegt die Freilaufposition vor, sodass die erste Welle von der zweiten Welle entkoppelt ist und weder Drehmoment noch Drehzahl zwischen den beiden Wellen übertragen wird.
  • Die Klemmkörper bzw. Sperrkörper sind insbesondere aus einem hochlegierten sowie verschleißfesten Stahlwerkstoff ausgebildet und weisen deswegen im Wesentlichen keinen Ferromagnetismus auf. Durch die erhöhte Verschleißfestigkeit der Klemmkörper wird der Verschleiß der gesamten Freilaufkupplung minimiert. Der erste und zweite Käfig sind insbesondere aus einem niedriglegierten Stahlwerkstoff ausgebildet, der gute ferromagnetische Eigenschaften aufweist. Die beiden Käfige werden bei der drehfesten Verbindung der beiden Wellen nicht wie die Klemmkörper zwischen den Wellen eingeklemmt, sodass diese kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit der jeweiligen Welle verbunden sind, sondern dienen lediglich zur Aufnahme und Führung der Klemmkörper sowie zur Aufnahme und Führung des Magnetflusses.
  • Bei Aktivierung des mindestens einen Elektromagneten wird das Magnetfeld mit dem Magnetfluss generiert, wobei die beiden Käfige den Magnetfluss des mindestens einen Elektromagneten aufnehmen und führen. Durch die Führung des Magnetflusses zumindest durch einen Teilabschnitt des jeweiligen Käfigs werden die beiden Käfige relativ zueinander verdreht, wobei die Klemmkörper in die Freilaufposition überführt werden. Mithin führt die Verdrehung der Käfige relativ zueinander zu einer Verschwenkung der Klemmkörper in die Freilaufposition. Dadurch können alle Sperrpositionen der Klemmkörper, die aufgrund der Drehzahl und Drehrichtung der Wellen zueinander eingenommen wurden, durch Aktivierung des mindestens einen Elektromagneten zu Freilaufpositionen der Klemmkörper überführt werden, sodass die beiden Wellen voneinander entkoppelt sind und relativ zueinander frei drehen können. Dadurch ergeben sich antriebstechnische Vorteile, wobei die Funktionsweise bzw. das Funktionsspektrum der schaltbaren Freilaufkupplung erweitert wird.
  • Unter einer Welle ist nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehzahlen und Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente drehfest miteinander verbinden können.
  • Unter einer schaltbaren Freilaufkupplung ist eine Kupplung zu verstehen, welche in einer Drehrichtung Drehmomente und Drehzahlen zwischen den beiden Wellen überträgt und in die entgegengesetzte Drehrichtung einen Freilauf zwischen den beiden Wellen erlaubt. Durch Aktivierung des mindestens einen Elektromagneten kann die schaltbare Freilaufkupplung derart betätigt werden, dass beispielsweise eine Sperrfunktion der schaltbaren Freilaufkupplung deaktiviert (deaktivierter Betriebszustand der Freilaufvorrichtung) wird und drehrichtungs- sowie drehzahlunabhängig ein Freilauf der beiden Wellen ermöglicht wird. Die schaltbare Freilaufkupplung kann beispielsweise durch Federn in dem deaktivierten Betriebszustand vorgespannt sein und durch eine Gegenkraft, die elektromagnetisch hervorgerufen wird, in den aktivierten Betriebszustand gebracht werden. Alternativ kann der schaltbare Freilauf beispielsweise durch Federn in dem aktivierten Betriebszustand vorgespannt sein und durch eine Gegenkraft, die elektromagnetisch hervorgerufen wird, in den deaktivierten Betriebszustand gebracht werden.
  • Vorzugsweise weist der erste Käfig mindestens eine erste, zumindest teilweise radial nach innen ausgebildete Lasche auf, wobei der zweite Käfig mindestens eine zweite, zumindest teilweise radial nach außen ausgebildete Lasche aufweist, und wobei die mindestens eine erste Lasche und die mindestens eine zweite Lasche dazu eingerichtet sind, den Magnetfluss des mindestens einen Elektromagneten derart über einen tangential dazwischen ausgebildeten Luftspalt zu führen, dass die beiden Käfige relativ zueinander verdreht werden und der Luftspalt verkleinert wird. Mit anderen Worten versucht der Magnetfluss den magnetischen Widerstand, der durch den Luftspalt ausgebildet wird, zu minimieren, wobei eine Reluktanzkraft zwischen der mindestens einen ersten Lasche am ersten Käfig und der mindestens einen zweiten Lasche am zweiten Käfig derart wirkt, dass die Käfige relativ zueinander verdreht werden und der Luftspalt zwischen den Laschen verkleinert wird. Mithin findet eine Relativdrehung zwischen der mindestens einen ersten Lasche und der mindestens einen zweiten Lasche statt, wobei die Laschen sich aneinander annähern.
  • Insbesondere sind mehrere Laschen über den Umfang gleichmäßig verteilt an dem jeweiligen Käfig ausgebildet. Bevorzugt ist die jeweilige Lasche einteilig am jeweiligen Käfig ausgebildet. Unter einer zumindest teilweise radial nach innen ausgebildeten Lasche ist zu verstehen, dass die erste Lasche zumindest einen Richtungsanteil radial nach innen aufweist. Das bedeutet, dass die ersten Laschen entweder radial nach innen ausgebildet sind, und sich somit in einem Winkel von circa 90° von der Innenumfangsfläche des ersten Käfigs erstrecken, oder sich zumindest in einem Winkelbereich größer als 0° und kleiner als 180° von der Innenumfangsfläche des ersten Käfigs erstrecken. Unter einer zumindest teilweise radial nach außen ausgebildeten zweiten Lasche ist zu verstehen, dass die zweite Lasche zumindest einen Richtungsanteil radial nach außen aufweist. Das bedeutet, dass die zweiten Laschen entweder radial nach außen ausgebildet sind, und sich somit in einem Winkel von circa 90° von der Innenumfangsfläche des zweiten Käfigs erstrecken, oder sich zumindest in einem Winkelbereich größer als 0° und kleiner als 180° von der Außenumfangsfläche des zweiten Käfigs erstrecken.
  • Beispielsweise weist der zweite Käfig zumindest teilweise radial nach innen ausgebildete Führungselemente auf, die dazu eingerichtet sind, die Klemmkörper von der zweiten Welle zu beabstanden. Insbesondere entspricht die Anzahl der Führungselemente am zweiten Käfig der Anzahl von Klemmkörpern, wobei die Führungselemente an den Klemmkörpern zur Anlage kommen und alle Klemmkörper gemeinsam bewegen bzw. verschwenken. Dadurch dass die Klemmkörper von der zweiten Welle beabstandet bzw. angehoben werden, können die Klemmkörper weder eine Sperrposition einnehmen und somit zwischen den beiden Wellen eingeklemmt werden noch an der zweiten Welle schleifend zur Anlage kommen, wodurch der Verschleiß der Freilaufkupplung weiter minimiert wird.
  • Bevorzugt ist ein umlaufendes Federelement zur Vorspannung der Klemmkörper an den Klemmkörpern angeordnet. Insbesondere ist das Federelement als Bandspreizfeder ausgebildet. Unter einer Bandspreizfeder ist ein aus einem Metallblech ausgestanztes elastisch federndes Element zu verstehen. Das Federelement ist insbesondere außerhalb eines Drehpunkts des jeweiligen Klemmkörpers angeordnet. Beispielsweise kann das Federelement radial über oder radial unter dem Drehpunkt des jeweiligen Klemmkörpers angeordnet sein. Bevorzugt drückt das Federelement die Klemmkörper gegen die Außenumfangsfläche der zweiten Welle, sodass die Klemmkörper gegen die zweite Welle vorgespannt sind. Alternativ kann das Federelement die Klemmkörper nach außen vorspannen, also weg von der zweiten Welle, wobei dann die Wirkungsweise der Freilaufkupplung umgekehrt wird.
  • Ferner bevorzugt ist der mindestens eine Elektromagnet drehfest in einem Gehäuse angeordnet. Mithin stützt sich der mindestens eine Elektromagnet an einem stationären Gehäuse ab. Das Gehäuse ist vorzugsweise axial angrenzend an den beiden Käfigen angeordnet.
  • Beispielsweise ragen die beiden Käfige zumindest teilweise axial in das Gehäuse hinein. Mithin weist das Gehäuse zu den Käfigen hin eine umlaufende stirnseitige Öffnung auf, die dazu eingerichtet ist, zumindest einen Abschnitt der beiden Käfige axial aufzunehmen. Insbesondere werden zumindest die Laschen der beiden Käfige in dem Gehäuse aufgenommen. Bei Aktivierung des Elektromagneten wird ein Magnetfeld erzeugt, das vorzugsweise im Gehäuse verbleibt bzw. relativ schwach aus dem Gehäuse ausstrahlt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Permanentmagnet im Gehäuse angeordnet und dazu eingerichtet, den Magnetfluss zu verstärken. Beispielsweise wird der Permanentmagnet dazu verwendet, nach relativer Verdrehung der beiden Käfige und damit verbundener Annäherung der jeweiligen Laschen zueinander einen schwachen Magnetfluss bei Deaktivierung des Elektromagneten zu erhalten. Dieser schwache Magnetfluss ist ausreichend, um die Position der Käfige zueinander zu erhalten bzw. zu sichern. Durch Umkehrung des Magnetfeldes mittels Elektromagnet können die Käfige wieder derart relativ zueinander entgegengesetzt verdreht werden, dass sich der Luftspalt zwischen den Laschen wieder vergrößert.
  • Insbesondere ist radial zwischen den beiden Wellen zumindest ein Lagerelement zur drehbaren Lagerung der beiden Wellen aneinander angeordnet. Beispielsweise ist das Lagerelement als Wälzlager, insbesondere Nadellager, oder als Gleitlager ausgebildet, wobei die Lagerstelle an einem Abschnitt der ersten zweiten Welle angeordnet ist, der axial an den Käfigen angrenzt und vorzugsweise einen geringeren Durchmesser als die Käfige aufweist.
  • Vorzugsweise grenzen die erste und zweite Welle axial aneinander an, wobei die zweite Welle zumindest teilweise axial in die erste Welle eindringt bzw. hineinragt. Insbesondere ist die erste Welle zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildet und dazu eingerichtet, die zweite Welle axial aufzunehmen, um vorzugsweise in diesem Bereiche eine Lagerstelle auszubilden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die beiden Käfige eine radiale Nut auf, wobei die Nut zumindest teilweise in Umfangsrichtung ausgebildet ist. Insbesondere erstreckt sich die radiale Nut von außen nach innen, wobei das axiale Abmaß der Nut derart gewählt ist, dass ein Ausbreitung des Magnetflusses über die radiale Nut hinaus gehemmt wird. Insbesondere trennt die radiale Nut einen Laschenbereich der Käfige axial von einem Klemmkörperführungsbereich, der an den Klemmkörpern zur Anlage kommt.
  • Bevorzugt umfasst der Elektromagnet eine Spule, die koaxial zur Drehachse ausgebildet und axial benachbart zu den beiden Käfigen angeordnet ist. Die Spule ist vorzugsweise umlaufend in dem Gehäuse angeordnet und dazu eingerichtet bei Bestromung ein Magnetfeld zu erzeugen. Insbesondere grenzt die Spule axial an den Laschen der Käfige an.
  • Beispielsweise ist die erste Welle als Antriebswelle ausgebildet, wobei die zweite Welle als Abtriebswelle ausgebildet ist. Mithin ist die erste Welle dazu eingerichtet ein Antriebsdrehmoment und eine Antriebsdrehzahl in die schaltbare Freilaufkupplung einzuleiten, wobei die zweite Welle in Abhängigkeit der Drehrichtung und Drehzahl entweder drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist oder relativ zur Antriebswelle dreht.
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
    • 1 ein Stirnseitenansicht einer erfindungsgemäßen schaltbaren Freilaufkupplung,
    • 2 eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen schaltbaren Freilaufkupplung nach 1, und
    • 3 eine Detaildarstellung eines Ausschnitts der erfindungsgemäßen schaltbaren Freilaufkupplung nach 1 und 2.
  • Gemäß 1 und 2 umfasst eine erfindungsgemäße schaltbare Freilaufkupplung 1 eine erste und zweite Welle 2, 3, die koaxial zueinander angeordnet sowie um eine gemeinsame Drehachse 4 relativ zueinander verdrehbar sind, mehrere Klemmkörper 5, die radial zwischen den beiden Wellen 2, 3 angeordnet sind, ein umlaufendes Federelement 13 zur Vorspannung der Klemmkörper 5 sowie einen ersten und zweiten ferromagnetischen Käfig 7, 8 zur Aufnahme und Führung der Klemmkörper 5. Vorliegend nicht in 1 jedoch in 2 dargestellt, sind ein Gehäuse 14 mit einem darin aufgenommenen Elektromagneten 6 mit einer Spule 18 und einem Permanentmagneten 15. Gemäß 2 ist die Spule 18 koaxial zur Drehachse 4 ausgebildet und axial benachbart zu den beiden Käfigen 7, 8 angeordnet. Ferner ist radial zwischen den beiden Wellen 2, 3 ein Lagerelement 16 zur drehbaren Lagerung der beiden Wellen 2, 3 aneinander angeordnet. Die erste und zweite Welle 2, 3 grenzen axial aneinander an, wobei die zweite Welle 3 teilweise axial in die erste Welle 2 eindringt. Mithin ist die erste Welle 2 teilweise als Hohlwelle ausgebildet.
  • Gemäß 1 und 2 ist die erste Welle 2 im Bereich der Klemmkörper 5 radial außen an den Klemmkörpern 5 angeordnet, wobei die zweite Welle 3 im Bereich der Klemmkörper 5 radial innen an den Klemmkörpern 5 angeordnet ist. Die Klemmkörper 5 sind dazu eingerichtet, in einer Sperrposition beide Wellen 2, 3 drehfest miteinander zu verbinden, und in einer Freilaufposition die beiden Wellen 2, 3 voneinander zu entkoppeln und eine relative Verdrehung der beiden Wellen 2, 3 zueinander zu erlauben. Vorliegend ist die erste Welle 2 als Antriebswelle ausgebildet, wobei die zweite Welle 3 als Abtriebswelle ausgebildet ist. Die Sperrposition und die Freilaufposition der Klemmkörper 5 sind drehrichtungs- und drehzahlabhängig von den beiden Wellen 2, 3, wobei die Klemmkörper 5 über die Käfige 7, 8 sowie durch Aktivierung des Elektromagneten 6 aus der Sperrposition bewegt werden können.
  • Die beiden Käfige 7, 8 sind radial zwischen den beiden Wellen 2, 3 angeordnet. Der erste Käfig 7 ist als äußerer Käfig 7 ausgebildet und wird über hier nicht näher dargestellte Führungselemente an der ersten Welle 2 geführt, wobei der erste Käfig 7 relativ verdrehbar zur ersten Welle 2 angeordnet ist. Demgegenüber ist der zweite Käfig 8 an den Klemmkörpern 5 aufgenommen und dazu eingerichtet, die Klemmkörper 5 derart miteinander zu verbinden, dass die Bewegung bzw. Verschwenkung eines einzigen Klemmkörpers 5 auf alle anderen Klemmkörper 5 übertragen wird, sodass alle Klemmkörper 5 zur gleichen Zeit die gleiche Bewegung ausführen.
  • Das Federelement 13 ist vorliegend als Bandspreizfeder ausgebildet und dazu eingerichtet die Klemmkörper 5 gegen eine Außenumfangsfläche an der zweiten Welle 3 zu spannen. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel drehen die Klemmkörper 5 zusammen mit der ersten Welle 2 und kommen in der Freilaufposition schleifend an der zweiten Welle 3 zur Anlage, wobei die Klemmkörper 5 in der Sperrposition zwischen den beiden Wellen 2, 3 eingeklemmt werden und die beiden Wellen 2, 3 drehfest miteinander verbinden.
  • In Abhängigkeit von Drehzahl und Drehrichtung der beiden Wellen 2, 3 werden die Klemmkörper 5 in Sperrposition zwischen der Innenumfangsfläche der ersten Welle 2 und der Außenumfangsfläche der zweiten Welle 3 geklemmt. Vorliegend wird die Sperrposition eingeleitet, wenn beide Wellen 2, 3 im Uhrzeigersinn drehen und die erste Welle 2, also die Antriebswelle schneller dreht als die zweite Welle 3. Ferner wird die Sperrposition eingeleitet, wenn die erste Wellen 2 im Uhrzeigersinn dreht und die zweite Welle 3 gegen den Uhrzeigersinn dreht. Die Sperrposition wird auch dann eingeleitet, wenn beide Wellen 2, 3 gegen den Uhrzeigersinn drehen und die zweite Welle 3 schneller dreht als die erste Welle 2. Sofern die drei vorgenannten Zustände nicht vorliegen, befinden sich die Klemmkörper 5 in einer Freilaufposition, sodass die erste Welle 2 von der zweiten Welle 3 entkoppelt ist, wobei dann kein Drehmoment und keine Drehzahl zwischen den beiden Wellen 2, 3 übertragen wird.
  • Sobald der Elektromagnet 6 bestromt wird, generiert dieser ein Magnetfeld 19 mit einem Magnetfluss 20. Die beiden Käfige 7, 8 sind dazu eingerichtet, den Magnetfluss 20 des Elektromagneten 6 derart zu führen, dass die beiden Käfige 7, 8 relativ zueinander verdreht und die Klemmkörper 5 in die Freilaufposition überführt werden. Gemäß 1 weist der zweite Käfig 8 teilweise radial nach innen ausgebildete Führungselemente 12 auf, die dazu eingerichtet sind, die Klemmkörper 5 von der zweiten Welle 3 zu beabstanden, wenn der Elektromagnet 6 bestromt wird. Dadurch werden die Klemmkörper 5 an einem Kontakt mit der zweiten Welle 3 gehindert, sodass die beiden Wellen 2, 3 unabhängig von Drehrichtung und Drehzahl der jeweiligen Welle 2, 3 frei drehen können.
  • Zum Führen des Magnetflusses 20 des Elektromagneten 6 weist der erste Käfig 7 mehrere erste Laschen 9 auf, die gleichmäßig verteilt in Umfangsrichtung am ersten Käfig 7 angeordnet und teilweise radial nach innen ausgebildete sind. Ferner weist der zweite Käfig 8 mehrere zweite Laschen 10 auf, die gleichmäßig verteilt in Umfangsrichtung am zweiten Käfig 8 angeordnet und teilweise radial nach außen ausgebildet sind. Die ersten Laschen 9 am ersten Käfig 7 und die zweiten Laschen 10 am zweiten Käfig 8 sind dazu eingerichtet, den Magnetfluss 20 des Elektromagneten 6 derart über einen tangential dazwischen ausgebildeten Luftspalt 11 zu führen, dass die beiden Käfige 7, 8 relativ zueinander verdreht werden und der Luftspalt 11 verkleinert wird. Zwischen den ersten und zweiten Laschen 9, 10 wirkt bei Bestromung des Elektromagneten 6 eine Reluktanzkraft, welche die Laschen 9, 10 aneinander annähert. Mithin werden die Klemmkörper 5 durch die relative Verdrehung der beiden Käfige 7, 8 zueinander in die Freilaufposition überführt und von der Außenumfangsfläche der zweiten Welle 3 beabstandet.
  • In 3 sind eine erste und zweite Lasche 9, 10 dargestellt, die tangential aneinander zur Anlage kommen und einen Magnetfluss 20 über den ersten und zweiten Käfig 7, 8 führen. Diese Position der beiden Käfige 7, 8 zueinander führt dazu, dass die Klemmkörper 5 gegen die Vorspannung des Federelements 13 verdreht werden und nicht mehr an der zweiten Welle 3 zur Anlage kommen.
  • In 2 sind das Magnetfeld 19 und der Magnetfluss 20 vereinfacht dargestellt. Der Elektromagnet 6 umfasst die Spule 18 und ist zusammen mit dem Permanentmagneten 15 drehfest in dem Gehäuse 14 angeordnet. Der Permanentmagnet 15 befindet sich im Magnetfeld 19 des Elektromagneten 6 und verstärkt den Magnetfluss 20 in den Käfigen 7, 8. Das Gehäuse 14 weist eine stirnseitige sowie umlaufende Öffnung auf, durch welche die beiden Käfige 7, 8 teilweise axial in das Gehäuse 14 hineinragen. Vorliegend sind die ersten Laschen 9 des ersten Käfigs 7 und die zweiten Laschen 10 des zweiten Käfigs 8 axial innerhalb der Öffnung im Gehäuse 14 angeordnet. Axial zwischen den Laschen 9, 10 am jeweiligen Käfig 7, 8 und den Führungselementen 12 am zweiten Käfig 8 ist eine radiale Nut 17 teilweise in Umfangsrichtung ausgebildet. Diese Nut 17 kann in Umfangsrichtung mehrere axiale Verbindungsstege aufweisen oder durchgehend ausgebildet sein und ist dazu vorgesehen, das Führen eines Magnetflusses 20 des Elektromagneten 6 auf die Laschen 9, 10 zu fokussieren.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    schaltbare Freilaufkupplung
    2
    erste Welle
    3
    zweite Welle
    4
    Drehachse
    5
    Klemmkörper
    6
    Elektromagnet
    7
    erster Käfig
    8
    zweiter Käfig
    9
    erste Lasche
    10
    zweite Lasche
    11
    Luftspalt
    12
    Führungselement
    13
    Federelement
    14
    Gehäuse
    15
    Permanentmagnet
    16
    Lagerelement
    17
    Nut
    18
    Spule
    19
    Magnetfeld
    20
    Magnetfluss
  • 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
    • DE 102015224779 A1 [0002]

Claims (12)

  1. Schaltbare Freilaufkupplung (1) umfassend eine erste und zweite Welle (2, 3), die koaxial zueinander angeordnet sowie um eine gemeinsame Drehachse (4) relativ zueinander verdrehbar gelagert sind, eine Vielzahl von Klemmkörpern (5), die radial zwischen den beiden Wellen (2, 3) angeordnet sind, und mindestens einen Elektromagneten (6), wobei die Klemmkörper (5) in einer Sperrposition beide Wellen (2, 3) drehfest miteinander verbinden, und wobei die Klemmkörper (5) in einer Freilaufposition eine relative Verdrehung der beiden Wellen (2, 3) zueinander erlauben, wobei die Sperrposition und die Freilaufposition der Klemmkörper (5) drehrichtungs- und drehzahlabhängig von den beiden Wellen (2, 3) sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster und zweiter ferromagnetischer Käfig (7, 8) zur Aufnahme und Führung der Klemmkörper (5) radial zwischen den beiden Wellen (2, 3) angeordnet sind, wobei die beiden Käfige (7, 8) dazu eingerichtet sind, einen Magnetfluss (20) des mindestens einen Elektromagneten (6) derart zu führen, dass die beiden Käfige (7, 8) relativ zueinander verdreht und die Klemmkörper (5) in die Freilaufposition überführt werden.
  2. Schaltbare Freilaufkupplung (1) nach Anspruch 1, wobei der erste Käfig (7) mindestens eine erste, zumindest teilweise radial nach innen ausgebildete Lasche (9) aufweist, wobei der zweite Käfig (8) mindestens eine zweite, zumindest teilweise radial nach außen ausgebildete Lasche (10) aufweist, und wobei die mindestens eine erste Lasche (9) und die mindestens eine zweite Lasche (10) dazu eingerichtet sind, den Magnetfluss (20) des mindestens einen Elektromagneten (6) derart über einen tangential dazwischen ausgebildeten Luftspalt (11) zu führen, dass die beiden Käfige (7, 8) relativ zueinander verdreht werden und der Luftspalt (11) verkleinert wird.
  3. Schaltbare Freilaufkupplung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite Käfig (8) zumindest teilweise radial nach innen ausgebildete Führungselemente (12) aufweist, die dazu eingerichtet sind, die Klemmkörper (5) von der zweiten Welle (3) zu beabstanden.
  4. Schaltbare Freilaufkupplung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein umlaufendes Federelement (13) zur Vorspannung der Klemmkörper (5) an den Klemmkörpern (5) angeordnet ist.
  5. Schaltbare Freilaufkupplung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Elektromagnet (6) drehfest in einem Gehäuse (14) angeordnet ist.
  6. Schaltbare Freilaufkupplung (1) nach Anspruch 5, wobei die beiden Käfige (7, 8) zumindest teilweise axial in das Gehäuse (14) hineinragen.
  7. Schaltbare Freilaufkupplung (1) nach Anspruch 5 oder 6, wobei ein Permanentmagnet (15) im Gehäuse (14) angeordnet und dazu eingerichtet ist, den Magnetfluss (20) zu verstärken.
  8. Schaltbare Freilaufkupplung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei radial zwischen den beiden Wellen (2, 3) zumindest ein Lagerelement (16) zur drehbaren Lagerung der beiden Wellen (2, 3) aneinander angeordnet ist.
  9. Schaltbare Freilaufkupplung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste und zweite Welle (2, 3) axial aneinander angrenzen, und wobei die zweite Welle (3) zumindest teilweise axial in die erste Welle (2) eindringt.
  10. Schaltbare Freilaufkupplung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die beiden Käfige (7, 8) eine radiale Nut (17) aufweisen, wobei die Nut (17) zumindest teilweise in Umfangsrichtung ausgebildet ist.
  11. Schaltbare Freilaufkupplung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Elektromagnet (6) eine Spule (18) umfasst, die koaxial zur Drehachse (4) ausgebildet und axial benachbart zu den beiden Käfigen (7, 8) angeordnet ist.
  12. Schaltbare Freilaufkupplung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Welle (2) als Antriebswelle ausgebildet ist, und wobei die zweite Welle (3) als Abtriebswelle ausgebildet ist.
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