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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Freilaufkupplung zum Sperren einer ersten Drehrichtung und zum Freigeben einer zweiten Drehrichtung zwischen Wellenbauteilen gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer Freilaufkupplung.
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Freilaufkupplungen sind aus der Fahrzeugtechnik hinreichend bekannt. Sie werden beispielsweise bei Fahrzeugen eingesetzt, um zwischen Wellenbauteilen eine erste Drehrichtung zu sperren und eine zweite Drehrichtung freizugeben. Hierzu ist üblicherweise an einem ersten Wellenbauteil eine Stirnradverzahnung vorgesehen, welche mit einer Sperrklinke in Wirkverbindung bringbar ist. Um eine lageunabhängige Funktion bei den bekannten Freilaufkupplungen sicherzustellen, ist die Sperrklinke durch Federkraft oder Magnetkraft kraftbelastet bzw. vorgespannt. Bei steigender Drehzahl erhöhen sich die notwendige Geschwindigkeit und die erforderliche Kraft, mit welchen die Sperrklinken in die Stirnverzahnung gedrückt werden müssen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Freilaufkupplung der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, bei der die Kosten für die Herstellung und den Betrieb reduziert werden.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 12 gelöst, wobei sich vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.
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Somit wird eine Freilaufkupplung zum Sperren einer ersten Drehrichtung zum Freigeben einer zweiten Drehrichtung zwischen Wellenbauteilen oder dergleichen vorgeschlagen. Beispielsweise sind an einem ersten Wellenbauteil Sperrkörper und an einem zweiten Wellenbauteil korrespondierende Sperrverzahnungen oder umgekehrt vorgesehen. Um einen konstruktiv einfachen Aufbau und eine besonders verlustarme Betriebsweise bei der Freilaufkupplung zu realisieren, ist vorgesehen, dass die Sperrkörper radial innen oder radial außen an dem ersten Wellenbauteil mit in einem Laufspalt angeordneten Sperrverzahnungen des zweiten Wellenbauteils in Wirkverbindung bringbar sind.
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Auf diese Weise können sich die Sperrkörper in axialer Richtung zwischen den vorgesehenen Sperrverzahnungen in dem Laufspalt bewegen, sodass anstelle einer fremdbetätigten Rückstellung der Sperrkörper eine durch die Sperrverzahnung quasi geometrisch bedingte gewissermaßen erzwungene Rückstellung erfolgt. Durch die geometrisch erfolgte axiale Rückstellung der Sperrkörper müssen beim Umlauf in Freilaufrotations- bzw. Freigabe-Drehrichtung lediglich die Widerstände beim Abstreifen bzw. Entlanggleiten an den Sperrverzahnungen aufgrund der Rotationsträgheit und der inneren Reibung überwunden werden. Somit sind in vorteilhafter Weise keine zusätzlichen Kräfte zum Beispiel durch eine Federvorspannung oder dergleichen erforderlich. Hierdurch wird der Betrieb der vorgeschlagenen Freilaufkupplung nicht nur deutlich leiser, sondern auch erheblich verlustärmer, wodurch insbesondere der Verschleiß reduziert wird. Zudem ergibt sich ein konstruktiv einfacher Aufbau bei der erfindungsgemäßen Freilaufkupplung.
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Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Laufspalt mit den Sperrverzahnungen durch zumindest eine erste Zahnringscheibe und eine zweite Zahnringscheibe gebildet ist, wobei die beiden Zahnringscheiben axialseitig aneinander liegen, wodurch der Laufspalt gebildet wird. Ferner sind die beiden Zahnringscheiben miteinander befestigt. Dadurch wird konstruktiv einfach und montagefreundlich der notwendige Laufspalt mit den Sperrverzahnungen beispielsweise an dem zweiten Wellenbauteil bei der vorgeschlagenen Freilaufkupplung realisiert. Die beiden Zahnringscheiben bilden quasi eine Nabe des zweiten Wellenbauteils.
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Bei der Verwendung von Zahnringscheiben ist bei der vorgeschlagenen Freilaufkupplung vorgesehen, dass die Zahnringscheiben an ihren einander zugewandten Axialseiten jeweils eine umlaufende Verzahnung aufweisen, wobei die Verzahnungen der Zahnringscheiben die Sperrverzahnung bilden und zueinander in Umfangsrichtung derart versetzt angeordnet sind, dass alternierend in Umfangsrichtung an den Verzahnungen der Zahnringscheiben entsprechende Sperrpositionen für die Sperrkörper in Sperr-Drehrichtung der Wellenbauteile vorgesehen sind. Die Zahnringscheiben sind gemeinsam an dem z. B. zweiten Wellenbauteil form-, stoff- oder kraftschlüssig in definiertem Abstand befestigt und bilden den Laufspalt.
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Beispielsweise kann das zweite Wellenbauteil als Hohlwelle oder innenliegende Welle ausgeführt sein, d. h. der Laufspalt kann innen oder außenliegend vorgesehen sein. Im Laufspalt laufen die korrespondierenden Sperrkörper und bewegen sich axial zwischen den Verzahnungen der Zahnringscheiben. Wenn beispielsweise das zweite Wellenbauteil eine Hohlwelle ist, so ist das erste Wellenbauteil entsprechend als innenliegende Welle mit radial au-ßen angeordneten Sperrkörpern ausgeführt oder umgekehrt. Je nach Ausführung kann das erste oder das zweite Wellenbauteil als Antrieb oder als Abtrieb ausgeführt sein.
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Die bei der Freilaufkupplung vorgesehenen Sperrkörper können hinsichtlich Form und Abmessungen an den entsprechenden Einsatzzweck angepasst werden, wobei jeder Sperrkörper radial gesehen eine Spitze oder dergleichen und ein stumpfes Ende o. ä. aufweist, wobei die Spitzen der Sperrkörper der Freigabe-Drehrichtung und das stumpfe Ende jedes Sperrkörpers der Sperr-Drehrichtung zugewandt ist. Durch diese geometrische Form wird in Freigabe-Drehrichtung eine Bewegung der Sperrkörper in Form einer Sinuskurve durch die rampenförmig in den Laufspalt ragenden Verzahnungen der Zahnringscheiben realisiert, und dadurch werden die Sperrkörper entsprechend abgewiesen, sodass die Drehung zwischen den Wellenbauteilen in Freigabe-Drehrichtung freigegeben wird. Die Verzahnung der Zahnringscheiben können aus beliebigen Linien- oder Kurvenzügen gebildet werden.
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Um eine entsprechende Abstreifbewegung der Sperrkörper an den Verzahnungen der Zahnringscheiben in dem Laufspalt zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass jeder Sperrkörper von seiner Spitze ausgehend axialseitig jeweils Rampenflächen oder dergleichen zum Führen bzw. Entlanggleiten an den Verzahnungen der Zahnringscheiben in Freigabe-Drehrichtung aufweist. Die Rampenflächen können verschiedene stetige oder andere Verläufe aufweisen. Beispielsweise können auch unterschiedliche Steigungsverläufe an den Rampenflächen vorgesehen sein.
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Um eine Sperrposition bei den Sperrkörpern im Laufspalt an den Verzahnungen der Zahnringscheiben zu realisieren, kann vorgesehen sein, dass sich jeder Sperrkörper ausgehend von seiner Spitze derart zum stumpfen Ende erweitert, dass eine Sperrkontur in Sperr-Drehrichtung an dem stumpfen Ende jedes Sperrkörpers vorgesehen ist. Beispielsweise kann diese Sperrkontur ein flächiger Bereich oder dergleichen sein, der in den Verzahnungen der Zahnringscheiben eingreift und in Anlage kommt, sodass eine Drehbewegung zwischen den Wellenbauteilen nicht möglich ist.
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Die Beweglichkeit der Sperrkörper in dem zugeordneten Laufspalt zwischen den Verzahnungen der Zahnringscheiben kann auf verschiedene Arten realisiert werden. Entscheidend ist jedoch, dass die am radial äußeren oder radial inneren Umfang an einem der Wellenbauteile angeordneten Sperrkörper eine Bewegung in axialer Richtung ausführen, um somit mit den Sperrverzahnungen in Wirkverbindung gebracht zu werden. Beispielsweise ist es denkbar, dass jeder Sperrkörper schwenkbar an einem radialen Umfangsbereich des zugeordneten Wellenbauteils ausgerichteten Schwenkachse gelagert ist. Dadurch kann jeder Sperrkörper quasi eine Pendelbewegung oder Schwenkbewegung um die Schwenkachse ausführen, um eine z. B. sinusförmige Pendelbewegung durch die rampenförmig in den Laufspalt ragenden Verzahnungen der Zahnringscheiben auszuführen.
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Um eine ausreichende Pendel- oder Schwenkbewegung bei jedem Sperrkörper sicherzustellen, ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass die Schwenkachse im Bereich der Spitze jedes Sperrkörpers quasi als Drehkopf angeordnet ist. Darüber hinaus wäre ein alternierender Versatz der Dreh- bzw. Schwenkachsen der Sperrkörper aus der Mittellinie des Laufspalts zu Gunsten eines weiter in den Drehkopf vorrückenden Drehpunkts möglich. Dies erhöht die Nachlaufschwenkung des Sperrdrehkopfes. Zudem können die Abstände der Zahnscheiben bzw. Zahnringscheiben so angepasst werden, dass nur die nach links versetzten Sperrkörper in die linke Seite der Zahnringscheiben eindrehen und von diesen abgestreift werden sowie demzufolge die rechten Sperrkörper nur von der rechten Seite. Das reduziert die Abstreifkontakte pro Umdrehung, ohne die Anzahl der einrastenden Sperrkörper zu reduzieren.
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Eine andere Art der axialen Beweglichkeit bei den Sperrkörpern kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass jeder Sperrkörper drehfest und axial bewegbar direkt oder indirekt an dem Wellenbauteil angeordnet ist. Eine besonders konstruktiv einfache Möglichkeit dieser Art der beweglichen Befestigung kann dadurch erreicht werden, dass eine gemeinsame axial verschiebbare Schiebemuffe drehfest an dem zugeordneten Wellenbauteil befestigt ist. Auf diese Weise wird die Montage gegenüber einer z. B. direkten Befestigung der Sperrkörper an dem Wellenbauteil deutlich vereinfacht.
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Es ist jedoch auch denkbar, dass bei der vorgeschlagenen Freilaufkupplung zum Realisieren der axialen Beweglichkeit der Sperrkörper vorgesehen ist, dass eine erste axial verschiebbare und drehfest an dem zugeordneten Wellenbauteil befestigte Schiebemuffe und eine zweite axial verschiebbare und drehfest an dem zugeordneten Wellenbauteil befestigte Schiebemuffe vorgesehen sind, wobei beide Schiebemuffen axial ineinandergreifen und an dem Wellenbauteil drehfest angeordnet sind und wobei jeweils benachbarte Sperrkörper in Umfangsrichtung an unterschiedlichen Schiebemuffe befestigt sind. Durch das Ineinandergreifen der Schiebemuffen wird die axiale Beweglichkeit der Schiebemuffen und damit auch der an unterschiedlichen Schiebemuffen befestigten Sperrkörper ermöglicht.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit der vorbeschriebenen Freilaufkupplung, sodass sich die vorbeschriebenen und weitere Vorteile ergeben. Das Fahrzeug kann vorzugsweise als Kraftfahrzeug, Fahrrad, Pedelec oder dergleichen ausgeführt sein.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische, geschnittene Prinzipteilansicht einer möglichen Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Freilaufkupplung;
- 2 eine schematische, dreidimensionale Ansicht eines ersten Wellenbauteils mit beispielhaft an einem radial äußeren Umfangsbereich schwenkbar befestigten Sperrkörpern;
- 3 eine schematische, dreidimensionale Ansicht einer ersten Zahnringscheibe und einer zweiten Zahnringscheibe mit einer in einem Laufspalt gebildeten Sperrverzahnung der erfindungsgemäßen Freilaufkupplung;
- 4 eine schematische, dreidimensionale, teiltransparente Ansicht einer ersten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Freilaufkupplung mit schwenkbar gelagerten Sperrkörpern in einem durch die beiden Zahnringscheiben gebildeten Laufspalt;
- 5 eine schematische, dreidimensionale, teiltransparente Seitenansicht der erfindungsgemäßen Freilaufkupplung gemäß 4;
- 6 eine schematische, dreidimensionale, teiltransparente Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Freilaufkupplung mit Sperrkörpern an einer axial bewegbar jedoch drehfest an dem ersten Wellenbauteil befestigten Schiebemuffe;
- 7 eine schematische, dreidimensionale, teiltransparente Seitenansicht der erfindungsgemäßen Freilaufkupplung gemäß 6;
- 8 eine schematische, dreidimensionale Ansicht einer dritten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Freilaufkupplung mit Sperrkörpern an einer ersten axial bewegbaren jedoch drehfest an dem ersten Wellenbauteil befestigten Schiebemuffe und mit Sperrkörpern an einer zweiten axial bewegbaren jedoch drehfest an dem ersten Wellenbauteil befestigten Schiebemuffe;
- 9 eine teiltransparente Ansicht der erfindungsgemäßen Freilaufkupplung gemäß 8;
- 10 eine schematische, dreidimensionale, teiltransparente Seitenansicht der erfindungsgemäßen Freilaufkupplung gemäß 8 und 9;
- 11 eine schematische Draufsicht auf die erfindungsgemäße Freilaufkupplung; und
- 12 verschiedene geometrische Ausgestaltungen der Sperrkörper bei der Freilaufkupplung als Umfangsabwicklung dargestellte Schnittansichten entlang der in 11 eingezeichneten Schnittlinie.
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In den 1 bis 12 sind verschiedene Ausführungen einer erfindungsgemäßen Freilaufkupplung zum Sperren einer ersten Drehrichtung und zum Freigeben einer zweiten Drehrichtung zwischen einem beispielhaft dargestellten ersten Wellenbauteil 1 und einem zweiten Wellenbauteil 2 exemplarisch gezeigt.
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Die erfindungsgemäße Freilaufkupplung ist lediglich beispielhaft in den Figuren so dargestellt, dass an dem ersten Wellenbauteil 1 die schwenkbaren bzw. bewegbaren Sperrkörper 3 und an dem zweiten Wellenbauteil 2 die korrespondierenden Sperrverzahnungen vorgesehen sind. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, dass die Sperrkörper 3 an dem zweiten Wellenbauteil 2 und die Sperrverzahnungen an dem ersten Wellenbauteilen 1 angeordnet sind.
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Um eine Freilaufkupplung zu realisieren, welche eine besonders verlustarme Betriebsweise aufweist und konstruktiv einfach aufgebaut ist, wird vorgesehen, dass die Sperrkörper 3 in axialer Richtung beidseitig mit in einem Laufspalt 4 angeordneten Sperrverzahnungen des zweiten Wellenbauteils 2 in Wirkverbindung bringbar sind, welches beispielsweise aus der Prinzipansicht gemäß 1 ersichtlich ist.
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Der Laufspalt 4 mit den Sperrverzahnungen ist durch zumindest eine erste Zahnscheibe bzw. Zahnringscheibe 5 und eine zweite Zahnscheibe bzw. Zahnringscheibe 6 gebildet, welche beispielsweise in 3 dargestellt sind. Die Zahnringscheiben 5, 6 liegen axialseitig aneinander und sind miteinander an dem zweiten Wellenbauteil 2 befestigt.
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Die Zahnringscheiben 5, 6 weisen an ihren einander zugewandten Axialseiten jeweils eine umlaufende Verzahnung 7, 8 als Sperrverzahnungen auf, wobei die Verzahnungen 7, 8 der Zahnringscheiben 5, 6 zueinander in Umfangsrichtung derart versetzt angeordnet sind, dass alternierend in Umfangsrichtung an den Verzahnungen 7, 8 der Zahnringscheiben 5, 6 Sperrpositionen für die Sperrkörper 3 in Sperr-Drehrichtung der Wellenbauteile 1, 2 vorgesehen sind.
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Unabhängig von den jeweiligen Ausführungsvarianten der Freilaufkupplung ist beispielsweise gemäß 2 vorgesehen, dass jeder Sperrkörper 3 radial gesehen eine Spitze 9 und ein stumpfes Ende 16 aufweist, wobei die Spitze 9 jedes Sperrkörpers 3 der Freigabe-Drehrichtung und das stumpfe Ende 16 jedes Sperrkörpers 3 der Sperr-Drehrichtung zugewandt ist. Jeder Sperrkörper 3 weist von seiner Spitze 9 ausgehend axialseitig jeweils Rampenflächen 10, 11 zum Führen bzw. Entlanggleiten an den Verzahnungen 7, 8 der Zahnringscheiben 5, 6 in Freigabe-Drehrichtung auf. Jeder Sperrkörper 3 erweitert sich ausgehend von seiner Spitze 9 derart zum stumpfen Ende 16, dass eine Sperrkontur an dem stumpfen Ende 16 in Sperr-Drehrichtung gebildet ist.
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In den 4 und 5 ist eine erste Ausführungsvariante der Freilaufkupplung dargestellt, bei der jeder Sperrkörper 3 schwenkbar an einer etwa radial außen am Umfangsbereich des ersten Wellenbauteils 1 ausgerichteten Schwenkachse 12 gelagert ist. Die Schwenkachse 12 ist jeweils im Bereich der Spitze 9 der Sperrkörper 3 angeordnet und radial bezogen auf das erste Wellenbauteil 1 ausgerichtet.
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In 4 sind lediglich drei Sperrkörper 3 beispielhaft dargestellt, welche an einem Nabenumfangsbereich 17 des ersten Wellenbauteils 1 radial außen umlaufend angeordnet sind. Jeder Sperrkörper 3 ist an dem ersten Wellenbauteil 1 um eine radial bzw. radial versetzte Schwenkachse 12 dreh- bzw. schwenkbar gelagert. Das beispielhaft dargestellte erste Wellenbauteil 1 umfasst bei dieser Ausführung zwölf Sperrkörper 3 und ist aus Gründen der Vereinfachung mit einem polygonförmigen Nabenumfangsbereich 17 mit der Anzahl der Sperrkörper 3 ausgeführt. D. h. die Sperrkörper 3 sind prismatische bzw. v-förmige Körper bzw. Profile, können aber entsprechend der Form des Nabenumfangsbereiches 17 des ersten Wellenbauteiles 1 auch gewölbt ausgeführt sein, während die seitlichen Funktionsflächen bzw. Rampenflächen 10, 11, die mit der Sperrverzahnung des zweiten Wellenbauteils 2 für die Sperrwirkung in Wirkverbindung stehen, können entsprechend als korrespondierende Steigungsflächen ausgeführt sein.
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Der Nabenumfangsbereich 17 des ersten Wellenbauteils 1 mit den Sperrkörpern 3 läuft in dem zum Beispiel als Nut ausgebildeten Laufspalt 4 eines Nabenbereiches des zweiten Wellenbauteils 2. Zur besseren Montage ist der Nabenbereich des zweiten Wellenbauteils 2 zweiteilig ausgeführt, um den Laufspalt 4 zu bilden, welcher die Sperrkörper 3 des ersten Wellenbauteiles 1 umschließt. Der 2-teilige Nabenbereich wird gemäß 3 durch die erste Zahnringscheibe 5 und die zweite Zahnringscheibe 6 gebildet, wobei die Verzahnungen 7, 8 der Zahnringscheiben 5, 6 entsprechende Sperrpositionen für die Sperrkörper 3 bilden.
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Die Zahnringscheiben 5, 6 haben jeweils acht Zähne, wobei die Teilung der axial gegenüberliegenden Zahnringscheiben 5, 6 um eine halbe Teilung versetzt ist, wodurch sich insgesamt sechzehn Sperrflächen bzw. Sperrpositionen ergeben. Die Teilung der Zahnringscheiben 5, 6 kann gleich oder größer als die Anzahl der Sperrkörper 3 sein, um bei einem Drehrichtungswechsel einen geringeren Rücklauf bis zum Eingriff der Sperre zu gewährleisten.
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Insbesondere aus den 4 und 5 ist ersichtlich, dass sich die Sperrkörper 3 in der eingezeichneten Drehrichtung durch den Laufspalt 4 der Zahnringscheiben 5, 6 bewegen können, indem die Sperrkörper 3 durch Schwenkbewegungen den Zahnelementen der Verzahnungen 7,8 ausweichen. Die Position der Sperrkörper 3 ist indifferent, d. h. der Sperrkörper 3 bleibt in der Position, es erfolgt somit keine Rückstellung. Erfolgt eine Drehrichtungsumkehr, verzahnen sich die ausgelenkten Sperrkörper 3 mit den Verzahnungen 7, 8 der Zahnringscheiben 5, 6, welches zum Blockieren des ersten Wellenbauteils 1 an dem zweiten Wellenbauteil 2 führt.
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Wie sich insbesondere aus 5 ergibt, ist die Breite der Sperrkörper 3 so gewählt, dass der minimale Querschnitt des Laufspaltes 4 nur durch eine Auslenkung der Sperrkörper 3 passiert werden kann. Die Auslenkung bzw. Verschwenkung der Sperrkörper 3 führt zum Eingriff des Sperrkörpers 3 mit der Verzahnung 7, 8 bei Drehrichtungsumkehr. Bei einer Umdrehung bewegen sich die Sperrkörper 3 alternierend auf einer sinusartigen Kurve.
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In den 6 bis 10 sind die zweite und die dritte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Freilaufkupplung beispielhaft dargestellt. Diese beiden Ausführungsvarianten haben gemeinsam, dass jeder Sperrkörper 3 drehfest und axial bewegbar über eine gemeinsame Schiebemuffe 13 bzw. über eine erste Schiebemuffe 14 und eine zweite Schiebemuffe 15 an dem ersten Wellenbauteil 1 angeordnet sind. Somit wird anstelle der Pendelbewegung der Sperrkörper 3 eine axiale Verschiebung der Sperrkörper 3 vorgesehen, wodurch sich mehrere Sperrkörper 3 baulich zusammenfassen lassen. Statt einzelner, drehbar gelagerter Sperrkörper 3, werden mehrere beispielsweise acht Sperrkörper 3 auf der gemeinsamen Schiebemuffe 13 zusammengefasst oder auf die beiden Schiebemuffe 14, 15 verteilt. Die Schiebemuffen 13, 14, 15 sind auf dem ersten Wellenbauteil 1 axial verschieblich, aber drehfest zum Beispiel formschlüssig durch eine Vielkeilverzahnung oder dergleichen angeordnet.
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Bei der zweiten Ausführungsvariante gemäß 6 und 7 sind die Sperrkörper 3 indirekt über die gemeinsame Schiebemuffe 13 axial verschiebbar und drehfest an dem ersten Wellenbauteil 1 befestigt. In den 6, 7 befindet sich die Schiebemuffe 13 in der mittleren Position. Durch Drehung des ersten Wellenbauteils 1 in der eingezeichneten Drehrichtung, wird die Schiebemuffe 13 mit gedreht und verschiebt sich axial alternierend, wenn die pfeilförmigen Sperrkörper 3 mit ihrer Spitze 9 von den Verzahnungen 7, 8 der Zahnringscheiben 5, 6 abgewiesen werden. In umgekehrter Drehrichtung verzahnt sich das stumpfe Ende16 jedes Sperrkörpers 3 in den Sperrflächen bzw. Sperrpositionen der Verzahnungen 7, 8 der Zahnringscheiben 5, 6.
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Im Rahmen der dritten Ausführungsvariante gemäß 8 bis 10 werden die Sperrkörper 3 zum Beispiel alternierend auf zwei Schiebemuffen 14 und 15 verteilt. Anstelle sämtliche Sperrkörper 3 auf einer Schiebemuffe 13 zu platzieren, sind zusätzliche Sperrkörper auf mindestens einer weiteren Schiebemuffe 13, 14 verteilt, um den Rücklauf in Sperrrichtung zu reduzieren und das abzustützende Drehmoment auf mehrere Sperrkörper 3 zu verteilen.
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Hierbei ist vorgesehen, dass die beiden Schiebemuffen 14, 15 axial ineinander greifen und an dem ersten Wellenbauteil 1 drehfest angeordnet sind, wobei jeweils benachbarte Sperrkörper 3 in Umfangsrichtung an unterschiedlichen Schiebemuffen 14, 15 befestigt sind. Dadurch erfolgt die Aufteilung der Sperrkörper 3 auf beide Schiebemuffen 14, 15.
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8 zeigt die zwei gefingerten Schiebemuffen 14, 15, die im Bereich der Sperrkörperanordnung axial ineinander ragen und die Sperrkörper 3 im gleichen Laufspalt der Zahnringscheiben 5, 6 führen. Die Schiebemuffen 14, 15 sind wiederum drehfest jedoch axial verschiebbar auf dem ersten Wellenbauteil 1 gelagert. Durch den formschlüssigen Eingriff zwischen den beiden Schiebemuffen 14, 15 findet in Umfangsrichtung eine Lastübertragung statt.
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Gemäß 9 und 10 wird die Funktionsweise der beiden Schiebemuffen 14, 15 bei Drehung des ersten Wellenbauteils 1 in die Freilauf- bzw. Freigabe-Drehrichtung ersichtlich. Der Sperrkörper 3 der oberen Schiebemuffe 14 in der Bildmitte von 10 wird durch die Verzahnung 7 der Zahnringscheibe 5 nach oben abgewiesen, welches durch einen Pfeil angedeutet wird. Dies gilt analog für die weiteren Sperrkörper 3 aufgrund der symmetrischen Teilung. Die Sperrkörper 3 links und rechts, die zur unteren Schiebemuffe 15 gehören, werden nach unten abgewiesen, welches durch entsprechende Pfeile angedeutet ist.
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Die Schiebemuffen 14, 15 bewegen sich auf dem ersten Wellenbauteil 1 axial auseinander und am nächsten Zahnelement der Verzahnungen 7, 8 wieder aufeinander zu. Die Bewegung ist aufgrund der Spiegelsymmetrie in diesem Fall gegenläufig, durch die unsymmetrische Verschiebungen der Sperrkörper 3 auf den Schiebemuffen 14, 15 ergeben sich alternierende Bewegungsabläufe, die nicht zeitversetzt (Phasen verschoben) gegenläufig sind.
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Die wesentliche Funktion der Freilaufkupplung ist die Übertragung von Drehmoment in der Sperr-Drehrichtung. In der aktuellen Position überdeckt der halbe Sperrkörper 3 die Rastplätze der zurückliegenden Zahnelemente der Verzahnungen 7, 8. Um eine höhere Überdeckung zu erlangen, kann ein Federelement zwischen den Schiebemuffen 14, 15 angeordnet werden.
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In 12 sind alternative Formen und Geometrie, wie zum Beispiel eine Trapezform in radialer Richtung für die Sperrkörper 3 und den Laufspalt 4 dargestellt, wodurch sich bei hohen Drehgeschwindigkeiten Fliehkräfte zur Reibungsminimierung nutzen lassen. Diese können auch umgekehrt zum Anpressen der Sperrkörper 3 bzw. zur Spielkompensation bei den Sperrkörpern 3 in dem Laufspalt 4 genutzt werden.
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In 11 ist die Schnittlinie gezeigt, auf die sich die geschnittenen Ansichten gemäß 12 beziehen. Die geschnittenen Ansichten gemäß 12 sind als in eine Ebene abgewickelte Darstellungen ausgeführt. Der Laufspalt 4 mit den Sperrkörper 3 kann auch z.B. mit einem Schmierstoff gefüllt sein, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenbauteil 1, 2 eine entsprechende Dichtung vorgesehen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erstes Wellenbauteil
- 2
- zweites Wellenbauteil
- 3
- Sperrkörper
- 4
- Laufspalt
- 5
- erste Zahnringscheibe
- 6
- zweite Zahnringscheibe
- 7
- Verzahnung der ersten Zahnringscheibe
- 8
- Verzahnung der zweiten Zahnringscheibe
- 9
- Spitze des Sperrkörpers
- 10
- Rampenfläche
- 11
- Rampenfläche
- 12
- Schwenkachse des Sperrkörpers
- 13
- gemeinsame Schiebemuffe
- 14
- erste Schiebemuffe
- 15
- zweite Schiebemuffe
- 16
- stumpfes Ende des Sperrkörpers
- 17
- Nabenumfangsbereich
