DE102020104250B3 - Schaltbarer Freilauf sowie Verfahren zum Umschalten eines schaltbaren Freilaufs - Google Patents

Schaltbarer Freilauf sowie Verfahren zum Umschalten eines schaltbaren Freilaufs Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen schaltbaren Freilauf, der einen Fliehkraftaktor (14) aufweist, der unter Fliehkraftwirkung (Fz) den Freilauf (K) von einer Basis-Freilauffunktion (B) in eine umgekehrt wirkende Zusatz-Freilauffunktion (Z) umschaltet.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen schaltbaren Freilauf nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zum Umschalten eines solchen schaltbaren Freilaufs nach dem Anspruch 20.
  • Ein Freilauf ist als ein Klemmkörperfreilauf realisiert, der ein radial äußeres, ringförmiges Freilauf-Außenteil und ein radial inneres, ringförmiges Freilauf-Innenteil aufweist, die zueinander koaxial um eine Drehachse drehen. Zwischen dem Freilauf-Außenteil und dem Freilauf-Innenteil sind Klemmkörper angeordnet, der in Umfangsrichtung verstellbar in einem Klemmkörperkäfig geführt sind. Das Freilauf-Innenteil kann am Außenumfang mit eine Freilaufstrecke und einer Basis-Klemmkontur ausgebildet sein.
  • Der Klemmkörperfreilauf kann exemplarisch rechtsklemmend ausgeführt sein. In diesem Fall kann der Freilauf ein Drehmoment vom Freilauf-Außenteil (Antriebsteil) auf das Freilauf-Innenteil (Abtriebsteil) übertragen, sofern bei dem Freilauf-Außenteil und dem Freilauf-Innenteil eine Drehzahlgleichheit vorherrscht. Überholt das Freilauf-Innenteil das Freilauf-Außenteil (das heißt nI > nA, rechtsdrehend), dann öffnet der Klemmkörperfreilauf. Der rechtsklemmende Freilauf überträgt aber auch ein Drehmoment vom Freilauf-Innenteil auf das Freilauf-Außenteil, und zwar bei Linksdrehung sowie bei Drehzahlgleichheit. Sofern in diesem Fall das Freilauf-Außenteil das Freilauf-Innenteil überholt, öffnet der Klemmkörperfreilauf.
  • Im Hinblick auf eine Funktionserweiterung kann der Klemmkörperfreilauf schaltbar ausgeführt sein. In diesem Fall weist der Freilauf einen zusätzlichen Aktor auf. Dieser wird im Stand der Technik mittels Fremdenergie angesteuert, um einen Schaltvorgang durchzuführen.
  • Aus der DE 42 25 202 C1 ist ein gattungsgemäßer Freilauf mit einer fliehkraftbetätigbaren Klinke bekannt.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen schaltbaren Freilauf bereitzustellen, der im Vergleich zum Stand der Technik einfacher betätigbar ist.
  • Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 20 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
  • Erfindungsgemäß wird im schaltbaren Freilauf auf extern mittels elektronischer Steuergeräte ansteuerbare Aktuatoren verzichtet. Anstelle dessen weist der Freilauf gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 einen Fliehkraftaktor auf. Der Fliehkraftaktor schaltet unter Fliehkraftwirkung den Freilauf von einer Basis-Freilauffunktion B in eine umgekehrt wirkende Zusatz-Freilauffunktion um. In einer ersten Zusatz-Betriebsart GB1 ist die Zusatz-Freilauffunktion Z aktiviert ist, in der sowohl das Freilauf-Innenteil als auch das Freilauf-Außenteil bei Drehzahlgleichheit in der ersten Drehrichtung A1 drehen sowie das Freilauf-Innenteil als Antriebsteil wirkt und das Freilauf-Außenteil als Antriebsteil wirkt. Es wird daher über einen Zusatz-Lastpfad L3 ein Drehmoment vom Freilauf-Innenteil auf das Freilauf-Außenteil übertragen.
  • In einer technischen Umsetzung weist das Freilauf-Innenteil eine Zusatz-Klemmkontur auf, die in Umfangsrichtung über eine Freilaufstrecke von der Basis-Klemmkontur beabstandet ist. Bei aktivierter Zusatz-Freilauffunktion Z drückt der Fliehkraftaktor den Klemmkörper gegen die Zusatz-Klemmkontur in eine Zusatz-Schaltstellung, und zwar unter Bildung einer drehmomentübertragenden Sperrwirkung. Dadurch ergibt sich der oben genannte Zusatz-Lastpfad L3. Sowohl die Basis-Klemmkontur als auch die Zusatz-Klemmkontur können am Freilauf-Außenteil ausgebildet sein.
  • Im Hinblick auf eine einwandfreie Funktionsfähigkeit kann der Freilauf eine Vorspannfeder aufweisen, die mit einer Vorspannkraft den Klemmkörper in seine Basis-Schaltstellung vorspannt. Die Vorspannfeder kann unmittelbar zwischen dem Klemmkörperkäfig und dem Freilauf-Außenteil abgestützt sein. Zudem kann der Fliehkraftaktor in einer technisch einfachen Ausführung ein Fliehkraftelement (zum Beispiel eine Kugel) aufweisen. Das Fliehkraftelement kann bei drehendem Freilauf-Innenteil mit einer Fliehkraft beaufschlagt werden. In diesem Fall kann das Fliehkraftelement unter Fliehkraftwirkung gegen eine Steuerfläche des Freilauf-Außenteils drücken. Der Klemmkörperkäfig kann mittels einer in Umfangsrichtung wirkenden Kraftkomponente (das heißt Steuerkraft Fs) der Fliehkraft entgegen der Vorspannkraft um einen Stellweg in die Zusatz-Schaltstellung verstellt werden.
  • In einer technischen Realisierung kann das Fliehkraftelement in einer nach radial außen offenen Aussparung radial verstellbar im Klemmkörperkäfig gelagert sein. Bei aktivierter Basis-Freilauffunktion B kann der federvorgespannte Klemmkörperkäfig über seine Steuerfläche das Fliehkraftelement in eine radial innere Ausgangslage in die Aussparung des Freilauf-Innenteils hinein drücken.
  • Demgegenüber kann bei aktivierter Zusatz-Freilauffunktion Z das Fliehkraftelement unter (ausreichend großer) Fliehkraftwirkung aus seiner Ausgangslage radial nach außen verlagert werden. Dadurch übt das Fliehkraftelement eine Steuerkraft auf den Klemmkörperkäfig aus, wodurch dieser um einen Stellweg in seine Zusatz-Klemmstellung verstellt wird.
  • Nachfolgend wird ein Umschaltvorgang in einer speziellen Betriebssituation (MB1) beschrieben, bei der im Freilauf die Basis-Freilauffunktion aktiviert ist und bei der das Freilauf-Außenteil als Antriebsteil in der ersten Drehrichtung A1 dreht, so dass ein Drehmoment vom Freilauf-Außenteil auf das Freilauf-Innenteil übertragen wird. Die Umschaltung von der Basis-Freilauffunktion B in die Zusatz-Freilauffunktion Z erfolgt selbsttätig, sofern die Drehzahl des Freilauf-Innenteils eine vordefinierte Fliehkraft-Drehzahlschwelle erreicht. Mit Erreichen der Fliehkraft-Drehzahlschwelle ist die Fliehkraftwirkung ausreichend groß, so dass das Fliehkraftelement - entgegen der Feder-Vorspannkraft - mit einer Steuerkraft den Klemmkörperkäfig in seine Zusatz-Klemmstellung verstellt.
  • Um ein leichtgängiges Umschalten von der Basis-Freilauffunktion B in die Zusatz-Freilauffunktion Z zu gewährleisten, kann der Umschaltvorgang in den folgenden beiden Umschalt-Prozessschritten durchgeführt werden: In einem ersten Umschalt-Prozessschritt kann die Drehzahl des Freilauf-Innenteils gegenüber der Drehzahl des Freilauf-Außenteils bis auf eine vordefinierte Abkoppel-Drehzahlschwelle erhöht werden, die um eine Drehzahl-Differenz größer als die Drehzahl des Freilauf-Außenteils ist, so dass das Freilauf-Innenteil das Freilauf-Außenteil überholt. Somit ist die Sperrwirkung aufgehoben. In einem zweiten Umschalt-Prozessschritt können die Drehzahlen des Freilauf-Innenteils und des Freilauf-Außenteils unter Beibehaltung der Drehzahl-Differenz weiter erhöht wird, bis der Klemmkörperkäfig die vordefinierte Fliehkraft-Drehzahlschwelle erreicht. Mit Erreichen der Fliehkraft-Drehzahlschwelle kann das Fliehkraftelement den (nunmehr außer Klemmeingriff befindlichen) Klemmkörperkäfig entgegen der Vorspannkraft in seine Zusatz-Schaltstellung verstellen.
  • Neben den bereits oben erwähnten ersten und zweiten Basis-Betriebsarten MB1 und MB2 kann der erfindungsgemäße schaltbare Freilauf bei aktivierter Basis-Freilauffunktion B noch eine dritte und eine vierte Basis-Betriebsart MB3 und MB4 bereitstellen.
  • In gleicher Weise kann der schaltbare Freilauf bei aktivierter Zusatz-Freilauffunktion neben den bereits oben erwähnten ersten Zusatz-Betriebsart GB1 kann der erfindungsgemäße schaltbare Freilauf bei aktivierter Zusatz-Freilauffunktion Z noch eine zweite, dritte und vierte Zusatz-Betriebsart GB2 bis GB4 bereitstellen.
  • Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
  • Es zeigen:
    • 1 in einer Halbschnittansicht einen schaltbaren Freilauf;
    • 2 und 3 jeweils Teilschnittansichten entlang der Schnittebene A-A und B-B aus der 1;
    • 4 bis 11 jeweils Ansichten, anhand denen unterschiedliche Betriebszustände veranschaulicht sind;
    • 12 in einer Ansicht entsprechend der 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 13 einen Betriebszustand bei aktivierter Basis-Freilauffunktion, in dem der schaltbare Freilauf in beiden Drehrichtungen übertragungsfrei ist;
    • 14 in einer Ansicht entsprechend der 2 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 15 einen Betriebszustand bei aktivierter Zusatz-Freilauffunktion, in dem der schaltbare Freilauf in beiden Drehrichtungen übertragungsfrei ist;
    • 16 und 17 jeweils eine Schaltmatrix, die die Betriebszustände des schaltbaren Freilaufs wiedergibt.
  • In der 1 ist ein schaltbarer Freilauf K gezeigt, der zwischen einer später beschriebenen Basis-Freilauffunktion B und einer dazu umgekehrt wirkenden Zusatz-Freilauffunktion Z umschaltbar ist. Der schaltbare Freilauf K weist einen Fliehkraftaktor 14 auf, der unter Fliehkraftwirkung Fz den Freilauf K selbsttätig zwischen der Basis-Freilauffunktion B und der umgekehrt wirkenden Zusatz-Freilauffunktion Z schaltet.
  • Der Freilauf K ist als ein Klemmkörperfreilauf realisiert, der ein radial äußeres ringförmiges Außenteil 17 und ein radial inneres ringförmiges Innenteil 19 aufweist, die zueinander koaxial um eine Drehachse D drehen. Das Freilauf-Außenteil 17 ist in der 1 mit seinem Außenumfang drehfest an einer nicht gezeigten Welle angebunden. Das radial innere Freilauf-Innenteil 19 sitzt drehfest auf einer Vollwelle 9. Zwischen dem Freilauf-Außenteil 17 und dem Freilauf-Innenteil 19 sind in der 1 Klemmkörper 21 angeordnet, die in einem Klemmkörperkäfig 23 in Umfangsrichtung verstellbar geführt sind. Gemäß der 2 wirkt zwischen dem Klemmkörperkäfig 23 und dem Freilauf-Außenteil 19 eine Vorspannfeder 25. Diese spannt den Klemmkörperkäfig 23 mit einer Federvorspannkraft Fv in eine Basis-Schaltstellung vor, in der die Basis-Freilauffunktion B (2 bis 6) aktiviert ist. Das Freilauf-Außenteil 17 ist daher unter Zwischenschaltung der Vorspannfeder 25 mit dem Klemmkörperkäfig 23 drehgekoppelt.
  • Der Fliehkraftaktor 14 weist in der 1 oder 2 ein Fliehkraftelement 15 auf, das radial verstellbar in einer Aussparung 24 (2 oder 7) im Klemmkörperkäfig 23 gelagert ist. In seiner, in der 2 gezeigten Basis-Schaltstellung drückt der federvorgespannte Klemmkörperkäfig 23 mit seiner Steuerfläche 27 das Fliehkraftelement 15 in eine radial innere Ausgangslage in die Aussparung des Freilauf-Innenteils 19 hinein. Zudem sind in der Basis-Freilauffunktion B (2 bis 6) die Klemmkörper 21 mit der Federvorspannkraft Fv in die (linke) Basis-Schaltposition (2 bis 6) vorgespannt, in der die Klemmkörper 21 gegen eine linksseitige Basis-Klemmkontur 29 (2 bis 6) drücken, die am Außenumfang des Freilauf-Innenteils 19 ausgebildet ist.
  • Nachfolgend wird ein Umschaltvorgang ausgehend von einer speziellen Betriebssituation (MB1, 3) beschrieben, bei der im schaltbaren Freilauf K die Basis-Freilauffunktion B aktiviert ist und das Freilauf-Außenteil 17 als Antriebsteil in der ersten Drehrichtung A1 dreht. In diesem Fall wird über einen Lastpfad L1 (3) ein Drehmoment vom Freilauf-Außenteil 17 auf das als Abtriebsteil wirkende Freilauf-Innenteil 19 übertragen. Die Umschaltung von der Basis-Freilauffunktion B in die Zusatz-Freilauffunktion Z erfolgt selbsttätig, sofern die Drehzahl nA des Freilauf-Außenteils 17 und des damit über die Feder 25 drehgekoppelten Klemmkörperkäfigs 23 eine vordefinierte Fliehkraft-Drehzahlschwelle nFK erreicht. Mit Erreichen der Fliehkraft-Drehzahlschwelle nFK ist die Fliehkraftwirkung Fz ausreichend groß (vgl. 7), so dass das Fliehkraftelement 15 - entgegen der Feder-Vorspannkraft Fv - mit einer Steuerkraft Fs den Klemmkörperkäfig 23 in seine rechte Zusatz-Schaltstellung verstellt, und zwar über einen in der 7 angedeuteten Stellweg Δs. In der rechten Zusatz-Schaltstellung (8 bis 11) drücken die Klemmkörper 21 gegen eine linksseitige Zusatz-Klemmkontur 31 (8 bis 11), wodurch die Zusatz-Freilauffunktion Z aktiviert ist.
  • Um ein leichtgängiges Umschalten von der Basis-Freilauffunktion B in die Zusatz-Freilauffunktion Z zu gewährleisten, kann der Umschaltvorgang in den folgenden beiden Umschalt-Prozessschritten durchgeführt werden: In einem ersten Umschalt-Prozessschritt kann die Drehzahl nI des Freilauf-Innenteils 19 gegenüber der Drehzahl nA des Freilauf-Außenteils 17 bis auf eine Abkoppel-Drehzahlschwelle nab erhöht werden, die um eine Drehzahl-Differenz Δn größer als die Drehzahl nA des Freilauf-Außenteils 17 ist. Somit überholt das Freilauf-Innenteil 19 das Freilauf-Außenteil 17 überholt und ist die Sperrwirkung aufgehoben. In einem folgenden zweiten Umschalt-Prozessschritt können die Drehzahlen nI , nA des Freilauf-Innenteils 19 und des Freilauf-Außenteils (17) unter Beibehaltung der Drehzahl-Differenz Δn weiter erhöht werden, bis der Klemmkörperkäfig 23 die Fliehkraft-Drehzahlschwelle nFK erreicht, ab der das Fliehkraftelement 15 den (nunmehr außer Klemmeingriff befindlichen) Klemmkörperkäfig 23 entgegen der Vorspannkraft Fv in seine Zusatz-Schaltstellung verstellt.
  • Neben der ersten Basis-Betriebsart MB1 (3) kann der erfindungsgemäße schaltbare Freilauf K bei aktivierter Basis-Freilauffunktion B noch zweite bis vierte Basis-Betriebsarten MB2 bis MB4 bereitstellen, die nachfolgend beschreiben sind:
    • Die zweite Basis-Betriebsart MB2 ist in der 4 gezeigt. Demnach dreht das Freilauf-Außenteil 17 als Antriebsteil in einer zweiten Drehrichtung A2 (Linksdrehung), wodurch die Klemmkörper 21 von der Basis-Klemmkontur 29 in Richtung auf die Freilaufstrecke 28 verlagert werden. Dadurch reduziert sich die Sperrwirkung unter gleichzeitigem Aufbau einer übertragungsfreien Freilaufwirkung, bei der keine Drehmomentübertragung von dem Freilauf-Außenteil 17 auf das Freilauf-Innenteil 19 erfolgt.
  • Die dritte Basis-Betriebsart MB3 ist in der 5 gezeigt. Demnach dreht das Freilauf-Innenteil 19 als Antriebsteil in der zweiten Drehrichtung A2 (linksdrehend), wodurch die Klemmkörper 21 gegen die rechtsseitige Basis-Klemmkontur 29 in die Basis-Schaltstellung gedrückt werden, und zwar unter Aufbau einer drehmomentübertragenden Sperrwirkung, bei der sowohl das Freilauf-Außenteil 17 als auch das Freilauf-Innenteil 19 bei gleicher Drehzahl in der zweiten Drehrichtung A2 drehen sowie das Freilauf-Außenteil 17 als Abtriebsteil wirkt. Dadurch wird über einen Lastpfad L2 (5) ein Drehmoment von dem Freilauf-Innenteil 19 auf das Freilauf-Außenteil 17 übertragen.
  • Die vierte Basis-Betriebsart MB4 ist in der 6 gezeigt. Demnach dreht das Freilauf-Innenteil 19 als Antriebsteil in der ersten Drehrichtung A1, so dass der Klemmkörper 21 von der rechtsseitigen Basis-Klemmkontur 29 in Richtung auf die Freilaufstrecke 28 verlagert wird. Dadurch stellt sich eine übertragungsfreie Freilaufwirkung ein, bei der keine Drehmomentenübertragung von dem Freilauf-Innenteil 19 auf das Freilauf-Außenteil 17 erfolgt.
  • Bei aktivierter Zusatz-Freilauffunktion Z kann der schaltbare Freilauf K - neben den bereits erwähnten ersten Zusatz-Betriebsart GB1 - noch eine zweite, dritte und vierte Zusatz-Betriebsart GB2 bis GB4 bereitstellen, die nachfolgend beschrieben sind:
    • Die zweite Zusatz-Betriebsart GB2 ist in der 9 gezeigt. Demnach dreht das Freilauf-Innenteil 19 als Antriebsteil in der zweiten Drehrichtung A2, so dass die Klemmkörper 21 von der Zusatz-Klemmkontur 31 in Richtung auf die Freilaufstrecke 28 verlagert werden. Dadurch stellt sich eine übertragungsfreie Freilaufwirkung ein, bei der keine Drehmomentenübertragung von dem Freilauf-Innenteil 19 auf das Freilauf-Außenteil 17 erfolgt.
  • Die dritte Zusatz-Betriebsart GB3 ist in der 10 gezeigt. Demnach dreht das Freilauf-Außenteil 17 als Antriebsteil in der zweiten Drehrichtung A2 (Linksdrehung), wodurch die Klemmkörper 21 gegen die linksseitige Zusatz-Klemmkontur 31 in die Zusatz-Schaltstellung gedrückt sind. Dadurch baut sich eine drehmomentübertragende Sperrwirkung auf, bei der sowohl das Freilauf-Außenteil 17 als auch das Freilauf-Innenteil 19 bei gleicher Drehzahl in der zweiten Drehrichtung A2 drehen sowie das Freilauf-Innenteil 19 als Abtriebsteil wirkt. Es wird daher über einen Lastpfad L4 (10) ein Drehmoment von dem Freilauf-Außenteil 17 auf das Freilauf-Innenteil 19 übertragen.
  • Die vierte Zusatz-Betriebsart GB4 ist in der 11 gezeigt. Demnach dreht das Freilauf-Außenteil 17 als Antriebsteil in der ersten Drehrichtung A1, so dass die Klemmkörper 21 von der Zusatz-Klemmkontur 31 in Richtung auf die Freilaufstrecke 28 beabstandet werden, wie es in der 15 gezeigt ist. Dadurch baut sich eine übertragungsfreie Freilaufwirkung auf, bei der keine Drehmomentenübertragung von dem Freilauf-Außenteil 17 auf das Freilauf-Innenteil 19 erfolgt.
  • In der 16 ist eine Schaltmatrix mit den vier Basis-Betriebszuständen MB1 bis MB4 des schaltbaren Freilaufs K dargestellt, die bei aktivierter Basis-Freilauffunktion B realisierbar sind. Die Zusatz-Freilauffunktion Z bleibt bei einer Drehzahl nI des Freilauf-Innenteils 19 unterhalb der Fliehkraft-Drehzahlschwelle nFK (das heißt Aktuierungsdrehzahl) inaktiv.
  • In gleicher Weise ist in der 17 eine Schaltmatrix mit den vier Zusatz-Betriebszuständen GB1 bis GB4 des schaltbaren Freilaufs K dargestellt, die bei aktivierter Zusatz-Freilauffunktion Z realisierbar sind. Die Zusatz-Freilauffunktion Z wird selbsttätig aktiviert, sobald die Drehzahl nI des Freilauf-Innenteils 19 die Fliehkraft-Drehzahlschwelle nFK (das heißt Aktuierungsdrehzahl) überschreitet.
  • In den 1 bis 10 wirken sowohl die Basis-Klemmkontur 29 (bei aktivierter Basis-Freilauffunktion B) als auch die Zusatz-Klemmkontur 31 (bei aktivierter Zusatz-Freilauffunktion Z) als Drehanschläge, zwischen den der Klemmkörperkäfig 23 in der Umfangsrichtung verstellbar sind. Die Basis-Klemmkontur 29 und die Zusatz-Klemmkontur 31 dienen daher in Doppelfunktion sowohl zum Aufbau einer Sperrwirkung als auch zur Bewegungsbegrenzung für den Klemmkörperkäfig 23.
  • Im Unterschied dazu ist in den 12 und 13 ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die linksseitige Basis-Klemmkontur 29 (bei aktivierter Basis-Freilauffunktion B) nicht mehr als Drehanschlag wirkt. Vielmehr wirkt in der 12 der Außenumfang 33 des Freilauf-Innenteils 19 als ein zusätzlicher mechanischer Käfig-Anschlag. Gegen diesen Käfig-Anschlag ist der Klemmkörperkäfig 23 unter Zwischenlage des Fliehkraftelements 15 gedrückt.
  • Der zusätzliche mechanische Käfiganschlag ist derart positioniert, dass in der Basis-Freilauffunktion B die Klemmkörper 21 außer Klemmkontakt mit der Basis-Klemmkontur 29 bleibt, wie es in der 13 gezeigt ist. Demnach sind die Klemmkörper 21 über einen Abstand a von der Basis-Klemmkontur 29 beabstandet, so dass die Basis-Klemmkontur 29 funktionslos ist.
  • Bei aktivierter Basis-Freilauffunktion B ist daher der Freilauf K in beiden Drehrichtungen A1, A2 offen, das heißt ohne drehmomentübertragende Sperrwirkung. Bei aktivierter Zusatz-Freilauffunktion Z sind dagegen nach wie vor die in der Schaltmatrix der 17 dargelegten Zusatz-Betriebsarten GB1 bis GB4 realisierbar.
  • In den 14 und 15 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die rechtsseitige Zusatz-Klemmkontur 31 (bei aktivierter Zusatz-Freilauffunktion Z) nicht mehr als Drehanschlag wirkt. Vielmehr bildet in der 14 die Steuerfläche 27 einen zusätzlichen mechanischen Käfig-Drehanschlag 35, gegen den der Klemmkörperkäfig 23 (bei aktivierter Zusatz-Freilauffunktion Z) gedrückt ist.
  • Der zusätzliche mechanische Käfig-Anschlag 35 ist derart positioniert, dass in derZusatz-Freilauffunktion Z die Klemmkörper21 außer Klemmkontakt mit der Zusatz-Klemmkontur 31 bleiben, wie es in der 15 gezeigt ist. Demnach sind die Klemmkörper 21 über einen Abstand a von der Zusatz-Klemmkontur 31 beabstandet, so dass die Zusatz-Klemmkontur 31 funktionslos ist.
  • Bei aktivierter Zusatz-Freilauffunktion Z ist daher der Freilauf K in beiden Drehrichtungen A1, A2 offen, das heißt ohne drehmomentübertragende Sperrwirkung. Bei aktivierter Basis-Freilauffunktion Z sind dagegen nach wie vor die in der Schaltmatrix der 16 dargelegten Basis-Betriebsarten MB1 bis MB4 realisierbar.
  • Bezugszeichenliste
  • 3
    Vollwelle
    14
    Fliehkraftaktor
    15
    Fliehkraftelement
    17
    Freilauf-Außenteil
    18
    Drehlager
    19
    Freilauf-Innenteil
    21
    Klemmkörper
    23
    Klemmkörperkäfig
    24
    Aussparung
    25
    Vorspannfeder
    27
    Steuerfläche
    28
    Freilaufstrecke
    29
    Basis-Klemmkontur
    31
    Zusatz-Klemmkontur
    33
    erster Käfig-Anschlag
    35
    zweiter Käfig-Anschlag
    a
    Abstand
    A1
    erste Drehrichtung
    A2
    zweite Drehrichtung
    L1, L2, L3, L4
    Lastpfade
    B
    Basis-Freilauffunktion
    Z
    Zusatz-Freilauffunktion
    Δs
    Stellweg
    Fz
    Fliehkraft
    Fs
    Steuerkraft
    Fv
    Vorspannkraft
    D
    Drehachse
    nFK
    Fliehkraft-Drehzahlschwelle
    nab
    Abkoppel-Drehzahlschwelle
    nI
    Drehzahl des Freilauf-Innenteils
    nA
    Drehzahl des Freilauf-Außenteils
    Δn
    Drehzahl-Differenz

Claims (20)

  1. Schaltbarer Freilauf, der ein radial äußeres, ringförmiges Freilauf-Außenteil (17) und ein radial inneres, ringförmiges Freilauf-Innenteil (19) aufweist, die zueinander koaxial um eine Drehachse (D) drehen, wobei zwischen dem Freilauf-Außenteil (17) und dem Freilauf-Innenteil (19) zumindest ein Klemmkörper (21) angeordnet ist, der in Umfangsrichtung verstellbar in einem Klemmkörperkäfig (23) geführt ist, und wobei in einer ersten Basis-Betriebsart (MB1) eine Basis-Freilauffunktion (B) aktiviert ist, in der das Freilauf-Außenteil (17) als Antriebsteil in einer ersten Drehrichtung (A1) dreht und den Klemmkörper (21) gegen eine Basis-Klemmkontur (29) in eine Basis-Schaltstellung drückt, und zwar unter Aufbau einer drehmomentübertragenden Sperrwirkung, bei der sowohl das Freilauf-Außenteil (17) als auch das Freilauf-Innenteil (19) bei gleicher Drehzahl (nI, nA) in der ersten Drehrichtung (A1) drehen sowie das Freilauf-Innenteil (19) als Abtriebsteil wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (K) einen, zwischen dem Freilauf-Außenteil (17) und dem Klemmkörperkäfig (23) wirkenden Fliehkraftaktor (14) aufweist, der unter Fliehkraftwirkung (Fz) den Klemmkörperkäfig (23) um einen Stellweg (Δs) verstellt und damit den Freilauf (K) von der Basis-Freilauffunktion (B) in eine umgekehrt wirkende Zusatz-Freilauffunktion (Z) umschaltet.
  2. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (K) eine Zusatz-Klemmkontur (31) aufweist, die in Umfangsrichtung über eine Freilaufstrecke (28) von der Basis-Klemmkontur (29) beabstandet ist, und dass bei aktivierter Zusatz-Freilauffunktion (Z) der Fliehkraftaktor (15) den Klemmkörper (21) gegen die Zusatz-Klemmkontur (31) in eine Zusatz-Schaltstellung drückt, und zwar unter Bildung einer drehmomentübertragenden Sperrwirkung, bei der sich der Zusatz-Lastpfad (L3) ergibt.
  3. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (K) eine Vorspannfeder (25) aufweist, die mit einer Vorspannkraft (Fv) den Klemmkörper (21) in seine Basis-Schaltstellung vorspannt, und dass insbesondere die Vorspannfeder (25) zwischen dem Freilauf-Außenteil (17) und dem Klemmkörperkäfig (23) abgestützt ist, so dass das Freilauf-Außenteil (17) unter Zwischenschaltung der Vorspannfeder (25) mit dem Klemmkörperkäfig (23) drehgekoppelt ist.
  4. Schaltbarer Freilauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fliehkraftaktor (14) ein Fliehkraftelement (15) aufweist, das bei drehendem Klemmkörperkäfig (23) mit Fliehkraft (Fz) beaufschlagbar ist, und dass das Fliehkraftelement (15) unter Fliehkraftwirkung (Fz) gegen eine Steuerfläche (27) des Freilauf-Außenteils (17) drückt, wodurch das Fliehkraftelement (15) mitsamt Klemmkörperkäfig (23) mittels einer Steuerkraft (Fs) entgegen der Vorspannkraft (Fv) den Klemmkörperkäfig (23) um den Stellweg (Δs) in die Zusatz-Schaltstellung verstellt.
  5. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fliehkraftelement (15) in einer nach radial außen offenen Aussparung (24) des Klemmkörperkäfigs (23) radial verstellbar gelagert ist, und dass bei aktivierter Basis-Freilauffunktion (B) der federvorgespannte Klemmkörperkäfig (23) über seine Steuerfläche (27) das Fliehkraftelement (15) in eine radial innere Ausgangslage in die Aussparung (24) des Klemmkörperkäfigs (23) drückt, und dass insbesondere bei aktivierter Basis-Freilauffunktion (B) das Fliehkraftelement (15) in Anlage mit dem Außenumfang des Freilauf-Innenteils (19) gedrückt ist.
  6. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei aktivierter Zusatz-Freilauffunktion (Z) das in der Aussparung (24) des Klemmkörperkäfigs (23) radial verstellbar gelagerte Fliehkraftelement (15) unter Fliehkraftwirkung (Fz) aus seiner radial inneren Ausgangslage radial nach außen verlagerbar ist und die Steuerkraft (Fs) auf den Klemmkörperkäfig (23) ausübt.
  7. Schaltbarer Freilauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung von der Basis-Freilauffunktion (B) in die Zusatz-Freilauffunktion (Z) mit Erreichen einer vordefinierten Fliehkraft-Drehzahlschwelle (nFK) erfolgt, ab der sich eine ausreichend große Fliehkraftwirkung (Fz) einstellt, mittels der das Fliehkraftelement (15) mit der Steuerkraft (Fs) den Klemmkörperkäfig (23) in seine Zusatz-Schaltstellung verstellt.
  8. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für ein leichtgängiges Umschalten von der ersten Basis-Betriebsart (MB1) in die erste Zusatz-Betriebsart (GB1) in einem ersten Umschalt-Prozessschritt die Drehzahl (nI) des Freilauf-Innenteils (19) gegenüber der Drehzahl (nA) des Freilauf-Außenteils (17) bis auf eine Abkoppel-Drehzahlschwelle (nab) erhöht wird, die um eine Drehzahl-Differenz (Δn) größer ist, so dass das Freilauf-Innenteil (19) das Freilauf-Außenteil (17) überholt und die Sperrwirkung aufgehoben ist, und dass in einem zweiten Umschalt-Prozessschritt die Drehzahlen (nI, nA) des Freilauf-Innenteils (19) und des Freilauf-Außenteils (17) unter Aufrechterhaltung der Drehzahl-Differenz (Δn) weiter erhöht wird, bis der Klemmkörperkäfig (23) die Fliehkraft-Drehzahlschwelle (nFK) erreicht, ab der das Fliehkraftelement (15) den Klemmkörperkäfig (23) entgegen der Vorspannkraft (Fv) in seine Zusatz-Schaltstellung verstellt.
  9. Schaltbarer Freilauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Basis-Betriebsart (MB2) die Basis-Freilauffunktion (B) aktiviert ist, in der das Freilauf-Außenteil (17) als Antriebsteil in der zweiten Drehrichtung (A2) dreht und den Klemmkörper (21) von der Basis-Klemmkontur (29) in Richtung auf die Freilaufstrecke (28) verlagert, und zwar unter Aufbau einer übertragungsfreien Freilaufwirkung, bei der keine Drehmomentenübertragung von dem Freilauf-Außenteil (17) auf das Freilauf-Innenteil (19) erfolgt.
  10. Schaltbarer Freilauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer dritten Basis-Betriebsart (MB3) die Basis-Freilauffunktion (B) aktiviert ist, in der das Freilauf-Innenteil (19) als Antriebsteil in der zweiten Drehrichtung (A2) dreht und den Klemmkörper (21) gegen die Basis-Klemmkontur (29) in die Basis-Schaltstellung drückt, und zwar unter Aufbau einer drehmomentübertragenden Sperrwirkung, bei der sowohl das Freilauf-Außenteil (17) als auch das Freilauf-Innenteil (19) bei gleicher Drehzahl (nI, nA) in der zweiten Drehrichtung (A2) drehen sowie das Freilauf-Außenteil (17) als Abtriebsteil wirkt, so dass über einen Lastpfad (L2) ein Drehmoment von dem Freilauf-Innenteil (19) auf das Freilauf-Außenteil (17) übertragbar ist.
  11. Schaltbarer Freilauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer vierten Basis-Betriebsart (MB4) die Basis-Freilauffunktion (B) aktiviert ist, in der das Freilauf-Innenteil (19) als Antriebsteil in der ersten Drehrichtung (A1) dreht, so dass der Klemmkörper (21) von der Basis-Klemmkontur (29) in Richtung auf die Freilaufstrecke (28) verlagert wird, und zwar unter Aufbau einer übertragungsfreien Freilaufwirkung, bei der keine Drehmomentenübertragung von dem Freilauf-Innenteil (19) auf das Freilauf-Außenteil (17) erfolgt.
  12. Schaltbarer Freilauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Zusatz-Betriebsart (GB2) die Zusatz-Freilauffunktion (Z) aktiviert ist, in der das Freilauf-Innenteil (19) als Antriebsteil in der zweiten Drehrichtung (A2) dreht, so dass der Klemmkörper (21) von der Zusatz-Klemmkontur (31) in Richtung auf die Freilaufstrecke (28) beabstandet wird, und zwar unter Aufbau einer übertragungsfreien Freilaufwirkung, bei der keine Drehmomentenübertragung von dem Freilauf-Innenteil (19) auf das Freilauf-Außenteil (17) erfolgt.
  13. Schaltbarer Freilauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer dritten Zusatz-Betriebsart (GB3) die Zusatz-Freilauffunktion (Z) aktiviert ist, in der das Freilauf-Außenteil (17) als Antriebsteil in der zweiten Drehrichtung (A2) dreht und den Klemmkörper (21) gegen die Zusatz-Klemmkontur (31) in die Zusatz-Schaltstellung drückt, und zwar unter Aufbau einer drehmomentübertragenden Sperrwirkung, bei der sowohl das Freilauf-Außenteil (17) als auch das Freilauf-Innenteil (19) bei gleicher Drehzahl (nI, nA) in der zweiten Drehrichtung (A2) drehen sowie das Freilauf-Innenteil (19) als Abtriebsteil wirkt, so dass über einen Lastpfad (L4) ein Drehmoment von dem Freilauf-Außenteil (17) auf das Freilauf-Innenteil (19) übertragbar ist.
  14. Schaltbarer Freilauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer vierten Zusatz-Betriebsart (GB4) die Zusatz-Freilauffunktion (Z) aktiviert ist, in der das Freilauf-Außenteil (17) als Antriebsteil in der ersten Drehrichtung (A1) dreht, so dass der Klemmkörper (21) von der Zusatz-Klemmkontur (31) in Richtung auf die Freilaufstrecke (28) verlagert wird, und zwar unter Aufbau einer übertragungsfreien Freilaufwirkung, bei der keine Drehmomentenübertragung von dem Freilauf-Außenteil (17) auf das Freilauf-Innenteil (19) erfolgt.
  15. Schaltbarer Freilauf nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (K) einen ersten mechanischen Käfig-Drehanschlag (33) aufweist, und dass bei aktivierter Basis-Freilauffunktion (B) der Klemmkörperkäfig (23) gegen den ersten Käfig-Drehanschlag (33) gedrückt ist.
  16. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste mechanische Käfig-Drehanschlag (33) so positioniert ist, dass bei aktivierter Basis-Freilauffunktion (B) der Klemmkörper (21) außer Klemmkontakt mit der, lediglich als funktionslose Freistellung wirkenden Basis-Klemmkontur (29) bleibt (13), so dass der Freilauf (K) in beide Drehrichtungen (A1, A2) offen, das heißt ohne drehmomentübertragende Sperrwirkung ist, und dass bei aktivierter Zusatz-Freilauffunktion (Z) nach wie vor eine Zusatz-Betriebsart (GB1 bis GB4) realisierbar ist.
  17. Schaltbarer Freilauf nach einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (K) einen zweiten mechanischen Käfig-Drehanschlag (35) aufweist, und dass bei aktivierter Zusatz-Freilauffunktion (Z) der Klemmkörperkäfig (23) gegen den zweiten Käfig-Drehanschlag (35) gedrückt ist.
  18. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Käfig-Drehanschlag (35) so positioniert ist, dass bei aktivierter Zusatz-Freilauffunktion (Z) der Klemmkörper (21) außer Klemmkontakt mit der, lediglich als funktionslose Freistellung wirkenden Zusatz-Klemmkontur (31) bleibt (15), so dass der Freilauf (K) in beiden Drehrichtungen (A1, A2) offen, das heißt ohne drehmomentübertragende Sperrwirkung ist, und dass bei aktivierter Basis-Freilauffunktion (B) nach wie vor eine Basis-Betriebsart (MB1 bis MB4) realisierbar ist.
  19. Schaltbarer Freilauf nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite mechanische Käfig-Drehanschlag (35) durch eine, an die Steuerfläche (27) anschließende Anschlagfläche gebildet ist ( 14).
  20. Verfahren zum Umschalten eines schaltbaren Freilaufs (K) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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