JP6932845B2 - フリーホイールクラッチ - Google Patents

Description

本発明は、車両、特に乗用車（ＰＫＷ）のドライブトレインで使用するために設定される、自動切替式フリーホイールクラッチに関する。また、本発明は、車両、特にＰＫＷの車軸の車輪を駆動するための、好ましくは電動駆動式軸駆動ユニットにおける、そのようなフリーホイールクラッチの使用、およびそのようなフリーホイールクラッチを備えた軸駆動ユニットに関する。

２つの連結部材がフリーホイール回転方向に対して互いに自由回転することを可能にし、フリーホイール回転方向と反対のねじり応力（負荷回転方向）に２つの連結部材間の回転不能接続を確立するフリーホイールクラッチは、当業者に公知である。フリーホイールクラッチは、オーバーランニングクラッチまたは逆止装置として使用できる。

一般的なのは、２つの連結部材の１つ、または２つの連結部材間に配置された中間部材に旋回可能に配置され、連結部材の互いに対する相対回転の方向に応じて、連結部材間の自由回転または回転不能接続を保証する、ばね負荷がかかる歯止め爪付きフリーホイールクラッチである。通常、持続的にばね負荷がかかる歯止め爪は、フリーホイール方向と反対のねじり応力、または負荷回転方向に回転不能接続を確立するために、連動ストッパとポジティブフィットにより当接する。これに対し、フリーホイールクラッチがフリーホイール回転方向に負荷がかかると、歯止め爪は、連結部材の互いに対する回転をブロックすることなく、連動ストッパを引きずる（ｕｅｂｅｒｓｔｒｅｉｃｈｅｎ）。

このようなフリーホイールクラッチの欠点は、クラッチを介して負荷回転方向に伝達されるトルクが、歯止め爪および連動ストッパを介して伝達されることである。歯止め爪は、比較的繊細なものとして設計され、さらに繊細な構成要素を介してクラッチ内で旋回可能に、およびばね負荷をかけられて支承される構成要素として、トルク伝達のポテンシャルが低い。これは、歯止め爪が連結部材に作用する有効直径が小さく、伝達されるトルクを小さなレバーアームを介して支える必要があり、かつ、直径が小さいため、わずかな、または比較的小さい歯止め爪のみを円周にわたって分布させることができる場合に一層当てはまる。また、持続的に連動ストッパに対抗して設置される歯止め爪によって連動ストッパを引きずることは、多くのフリーホイールクラッチに典型的なノイズを引き起こし、ノイズはクラッチが大きく堅固になるにつれてより大きくなり、受け入れられないほど障害となる。

この背景に対して、フリーホイールクラッチの２つの連結部材の間に作用する中間部材が使用され、中間部材は、フリーホイール位置と、高負荷な負荷歯を介して２つの連結部材に係合する係合位置との間で軸方向に変位可能なフリーホイールクラッチが開発された。

文献ＤＥ７６３４７９（独国特許第７６３４７９号）から、軸方向を向く歯車を介してねじり応力の少なくとも１つの方向に２つの連結部材を互いにポジティブフィットにより結合させるために、第１の連結部材と、第２の連結部材との間に配置された連結爪部材が、フリーホイール位置から係合位置へ軸方向に変位するフリーホイールクラッチが公知である。また、スライドリングの軸方向の変位によってフリーホイールクラッチを全体的にロックできるため、トルクを両方向に伝達できるロックメカニズムが設けられている。同様の機能を備えたフリーホイールクラッチは、文献ＤＥ２３５４３３２（独国特許第２３５４３３２号）に開示されており、ここでは、半径方向内側、または外側を向く歯車が設けられている。

このようなフリーホイールクラッチは、構造が複雑で製造に手間がかかる。それらは特に軸方向に大きく、クラッチがフリーホイール位置にあると、持続的に制御ストッパに対してばね負荷がかけられ、またはこれらを突き当たりながら引きずる制御爪を設けているため、このようなフリーホイールクラッチを使用すると、非常に顕著なノイズの発生が予想される。中間部材の複雑な構造により、移動される質量は大きく、切替プロセス中に生じる切替パルスは高くなる。

車両構造の用途、特に減速段を設けることによる高いトルク伝達ポテンシャルを要求し、かつ、特にコンパクトで、スペースを節約し、周囲のドライブトレイン構造に組み込まれ、製造が容易で故障が発生しづらい、小さい移動質量および小さい機械的切替パルスで素早く切り替わり、ノイズのないフリーホイールを提供するべきフリーホイールクラッチが望まれるドライブトレインの部品における用途には、このようなフリーホイールクラッチは適切ではなく、自動車駆動技術の当業者にとって賢明な用途ではない。

したがって、本発明の課題は、車両のドライブトレイン、特に好ましくは電動駆動式軸駆動ユニットでの使用に特に適しており、組み込みが容易で故障が発生しづらく、高トルクを伝達でき、コンパクトな構図で、製造が簡単で、フリーホイール回転方向にほとんどノイズなく動作するフリーホイールクラッチを提供することである。切替プロセス中に移動する質量は小さく保つ必要があるため、切替プロセス中に小さな切替パルスのみが発生し、これを迅速に実行できる。また、本発明の課題は、このようなフリーホイールクラッチを備えた軸駆動ユニットを提供することである。

本発明にかかるフリーホイールクラッチは、第１の連結部材と、第２の連結部材と、第１の連結部材および第２の連結部材と協働する中間部材であって、フリーホイールクラッチのねじり応力の方向に応じて、一方の連結部材が他方に対してフリーホイール回転方向で自由に回転することができるフリーホイール位置、または、中間部材を介して、フリーホイール回転方向と反対のねじり応力または負荷回転方向において、２つの連結部材間の回転不能接続が確立される係合位置を取る中間部材と、を備えたフリーホイールクラッチであって、中間部材が軸方向に変位可能に配置され、フリーホイール位置と係合位置との間の変更が中間部材の軸方向変位によって生じ、中間部材のフリーホイール位置から係合位置への、制御要素を介した、特に制御爪を介した軸方向変位を開始する、少なくとも１つの制御機構が設けられているフリーホイールクラッチによって形成される。

本発明の第１の有利な実施形態では、第１の連結部材は、有効な歯幅を形成しながら、係合位置で第２の連結部材に軸方向に重なり、制御要素、特に制御爪は、中間部材の歯幅内に少なくとも部分的に、特に完全に配置されている。

上記の有利な実施形態に加えて、または代替として、制御要素が中間部材に配置されており、ねじり応力がフリーホイール回転方向から負荷回転方向に変化した時に、フリーホイール位置で、第１の連結部材または第２の連結部材に設けられた負荷歯と当接して、中間部材の係合位置への軸方向変位を開始することができる。

上記の両方の構成は、共におよび代替として、所望の有利な方法でのフリーホイールクラッチの実現に寄与することができる。ただし、両方の構成を共に使用する場合が特に好ましい。

歯幅Ｂは、係合位置でのトルク伝達に全体的に有効な歯の重なり幅であり、係合位置での中間部材と第１の連結部材との間、および中間部材と第２の連結部材との間の、トルク伝達に有効な負荷歯対を全体的に調整する軸方向距離によって定義される。したがって、歯幅は、回転軸に垂直な２つの外側負荷歯面からの距離Ｂによって定義され、負荷歯面では、係合位置においてそれぞれ１つの負荷歯対がまだ有効に係合している。この時、両方の負荷歯面は、同じ負荷歯対によって、または第１の負荷歯対による第１の負荷歯面と、第２の負荷歯対による第２の負荷歯面とによってそれぞれ定義することができる。

ここで、負荷歯対は、第１の連結部材と中間部材との間、および第２の連結部材と中間部材との間の有効な歯対であり、歯対を介して、中間部材を介在接続しながら、クラッチにフリーホイール方向（負荷回転方向）の反対方向に応力がかけられると、トルクが第１の連結部材から第２の連結部材に、またはその逆に伝達される。

このように構成されたフリーホイールクラッチの場合、生成される歯幅内に少なくとも部分的に、有利には完全に、中間部材、より好ましくは制御機構も配置されていることが好ましい。好ましくは、中間部材および制御機構は、少なくとも係合位置において、歯幅内に完全に配置されていることが好ましい。

制御要素の上記の配置により、コンパクトな構造が可能になり、さらに、連結部材と中間部材との間のポジティブフィットを保証する係合が適宜構成される場合、非常に高いトルク伝達ポテンシャルを有する。

中間部材は環状に形成され、少なくとも部分的に外側負荷歯を備えた外側リング面と、少なくとも部分的に内側負荷歯を備えた内側リング面とを有することができ、外側負荷歯と内側負荷歯は、半径方向で見たときに、少なくとも部分的に覆う。特に、外側負荷歯は、少なくとも部分的に、好ましくは完全に、内側負荷歯を覆うことができる。外側リング面は、好ましくは、中間部材の全軸方向幅にわたって、円周方向外側負荷歯を備え、一方で、内側リング面は、１つの軸方向部分のみに円周方向内側負荷歯を備えることができる。

中間部材に設けられた負荷歯は、係合位置にある連結部材上のこれに対応する負荷歯と負荷伝達して協働する。負荷歯とは、連結部材または中間部材に設けられた歯車を意味し、中間部材が係合位置にある時、これを介して、個々の構成要素間に負荷伝達するポジティブフィットが確立される。半径方向内側および半径方向外側の内側および外側リング面に負荷歯を備えた中間リングとしての中間部材の形成は、フリーホイールクラッチの所望の高トルク伝達ポテンシャルを可能にする。

軸方向の変位を可能にするために、中間部材は半径方向内向きのリング面または半径方向外向きのリング面にねじ歯を有し、中間部材のねじ歯が、ねじり応力がフリーホイール方向と反対である場合に、連結部材の１つにおける対応するねじ歯と負荷伝達するように係合することができる。ねじ歯は、中間部材に軸方向の力を及ぼし、それによって、負荷方向に応じて、係合位置からフリーホイール位置に、またはフリーホイール位置から係合位置に押し出される。したがって、ねじ歯は、負荷歯としての負荷伝達機能だけでなく、制御機能も有し、ひいては同時に制御歯も形成する。フリーホイールクラッチがフリーホイールの回転方向の反対方向にねじり応力を受け、中間部材が係合位置にある場合、中間部材は、好ましくは、中間部材に設けられたねじ歯の軸方向長さ全体にわたって、連結部材の１つに設けられたねじ歯と負荷伝達するように係合している。ねじ歯は、中間要素の軸方向の長さ全体にわたって延びていてもよく、または軸方向の部分領域の一部のみに設けられていてもよい。中間部材の外側リング面に設けられた負荷歯は、ねじ歯によって形成されることが好ましい。

連結の構成に応じて、中間部材は、係合位置とフリーホイール位置の両方で完全に重なり部分の内側に配置でき、この重なり部分により、係合位置における第１および第２の連結部材の間に軸方向重複領域または環状空間を形成しながら、第１の連結部材が第２の連結部材に重なる。中間部材は、フリーホイール位置にのみ、または完全に重複領域または環状空間における係合位置にのみ配置することができるが、それぞれ他の位置では、位置変更によって引き起こされる軸変位の結果として、第１および第２の連結部材の間の重なり部分の半径方向内側の空間から、または重なり部分によって生じる環状空間から、少なくとも部分的に突出する。

有利な実施形態では、制御機構は、好ましくは制御爪の形態で、中間部材に自由に旋回可能に支承されるか、自由に旋回可能に支持される制御要素を含む。自由に旋回可能とは、ばねなどの調整手段によって制御爪が制御ストッパに対して特定の旋回方向に付勢されない支承または支持を意味する。また、制御爪を中間部材に配置することにより、第１の連結部材と第２の連結部材も構造的により簡単に構成でき、中間部材への制御爪の組み込みは、全体的にフリーホイールクラッチのコンパクト性に寄与する。さらに、制御要素または制御爪は、専ら中間部材の軸方向変位を開始するために形成されている。制御爪は、好ましくは制御爪が完全に無負荷に保たれる係合位置であっても、負荷伝達機能を実施しないか、少なくとも感知できる程度では実施しない。

少なくとも１つの制御爪が中間部材に配置されていることにより、特にコンパクトで、それにもかかわらず高トルクを負荷できるフリーホイールクラッチの構成を実現することができる。特に、制御爪は、係合位置とフリーホイール位置の両方で、歯幅を定義する外側の歯面内に制御爪が完全に、好ましくは軸方向に配置されるように、中間部材に旋回可能に支承することができる。しかしながら、制御爪がフリーホイール位置および／または係合位置で歯幅を規定する面内に部分的にのみある実施形態も考えられる。

制御機構は、中間部材の係合位置への移行を保証する、定義された回転角度位置でのみ、フリーホイール位置から係合位置への中間部材の軸方向変位を可能にするように設定されている。したがって、制御機構の一部を形成する制御爪は同期爪であり、これにより、中間部材のフリーホイール位置から係合位置への移行は、係合位置で中間部材と連結部材との間にポジティブフィットを確立する負荷歯の方向が、フリーホイール位置から係合位置までの中間部材の移行を可能にする回転角度位置に互いにある場合にのみ行われる。

制御爪および同期爪または制御要素を作動させるために、制御機構は、連結部材間の相対回転の回転方向に応じて、制御爪を開位置から噛合位置へ、または噛合位置から開位置へと押す制御部を備えることができる。噛合位置は、制御爪が制御ストッパと当接する位置であり、その結果、中間部材は、連結部材の１つと協働して係合位置に押し込まれる。開位置は、特にクラッチがフリーホイール回転方向に負荷をかけられる場合に制御爪がある位置である。

フリーホイールクラッチがフリーホイール回転方向に負荷された場合、好ましくは制御爪として形成された制御要素を連続的に開位置へ押して、持続的に保持できるように、制御部が連結部材と協働する場合、特に有利であることが証明されている。そのような実施形態は、制御爪が制御ストッパを提供する連結部材の領域に衝突しないという特別な利点を有し、したがって、クラッチは、フリーホイール方向に負荷がかかった場合でも低ノイズで挙動する。

所望の低ノイズ挙動を可能にするために、制御部が連結部材と摩擦接触し、連結部材が互いに相対回転する時、摩擦力を受けて制御爪に対して間接的または直接的に設置されている。これにより、制御爪が制御部に係合し、制御爪が制御部と直接協働することが保証される。しかしながら、制御爪と協働する制御アームが制御部に係合する実施形態が好ましい。ここで、制御部は、制御部が制御アームに作動力を及ぼすことによって制御爪と間接的にのみ協働し、制御アームは、制御爪が噛合位置から開位置に、または開位置から噛合位置に押される作動トルクとして、作動力を制御爪に伝達する。

制御アームおよび制御爪は、有利には、軸方向に互いにオフセットできるため、制御部、制御爪、制御アーム、および制御ストッパを、歯幅内で互いに軸方向にオフセットして、構造的に実現が簡単な方法で配置し、協働することができる。

制御部が、連結部材と摩擦接触する一部品または多部品の摩擦リングとして形成されている実施形態は、特に有利であると見なされる。そのような摩擦リングは、上記の方法で制御爪と間接的または直接的に協働し、特に、制御要素、特に制御アームまたは制御爪が、作動力がかかる状態で当接する１つまたは複数の突起を形成することができる。ここで、摩擦リングは、半径方向の摩擦面（半径方向外向きまたは半径方向内向きの摩擦面）および／または環状溝が軸方向に制限される側面を備えた環状溝内で摩擦接触できる。

制御爪を収容するために、制御要素収容部、特に制御爪収容部を、半径方向袋状の窪みまたは開口部の形態で中間部材に導入することができる。そのような制御要素収容部の領域でも、このために必要な材料の窪みがあるにもかかわらず、中間部材を十分に負荷に耐え得るように保つために、これらの制御要素収容部の領域では、歯車に中断部を形成することにより、中間部材の半径方向内側および／または半径方向外側の負荷歯を省くことができ、すなわち、負荷歯の歯の隙間は、制御爪収容部の領域に設けられていない。中間部材上でこれと協働する連結部材の一つの負荷歯は、中間リング上に構成された負荷歯の構成に従って形成される。好ましくは、複数の制御要素収容部が中間部材上に配置されており、有利には、中間部材の円周上に均一に分布させることができる。２つの制御要素収容部が、中間部材上で、好ましくはそれぞれ歯車中断部の領域で直径上に対向して形成される実施形態が好ましい。

フリーホイール位置から係合位置への中間部材の変更を開始するために、制御爪が、噛合位置において連結部材に設けられた制御ストッパと当接することができる。制御ストッパが連結部材に設けられた負荷歯の部分によって形成される、最初に説明した実施形態が特に有利である。

特に好ましい実施形態では、フリーホイールクラッチは、ロック可能なフリーホイールクラッチとして形成することもでき、ロック部材は、ロック部材がブロック位置にある時に、中間部材の係合位置からフリーホイール位置への軸方向変位をブロックし、ロック部材が解放位置にある時、中間部材の係合位置からフリーホイール位置への軸方向変位を解放するロック部材が設けられている。

ロック部材が構造的に簡単に実現可能な構成であり、組み込み可能であるため、ロック部材は、連結部材の１つに設けられたねじ歯に対応するロック歯、または連結部材の負荷歯に対応するロック歯を有し、ロック歯は、それぞれの連結部材に設けられたねじ歯、またはロック歯が対応する負荷歯と、ロック部材が解放位置にある場合に重なり合い、したがって、中間部材がロック部材に軸方向に移動してフリーホイール位置を占めることができる。一方、ロック部材がブロック位置にあるとき、ロック歯はねじ歯または負荷歯に対して回転し、そのため、中間部材はロック歯に押し付けられ、ひいてはロック歯によってブロックされるため、中間部材が係合位置から離れることはできない。この時、ロック歯の個々の歯は、個々のロック要素を形成する。

ロック部材は、好ましくは、外歯または内歯のロックリングであり、ブロック位置と解放位置との間の変更のために回転される。

さらに、ロック部材は、外部作動によりブロック位置から解放位置に、および／または解放位置からブロック位置に移動できる外部切り替え可能なロック部材として形成することもできる。ロック部材またはロック部材を作動させるアクチュエータの２つの位置の１つは、ロック部材がアクチュエータによる力を受けない場合に（通常ブロックまたは通常フリー）、ロック部材またはアクチュエータが自動的に取る基本位置として実施できる。自動的に基本位置に戻るために、戻しばねなどの復元手段が復元力を提供できる。

そのような単安定実施形態の代替として、双安定実施形態を選択することもできる。双安定実施形態では、ロック部材がこの位置に移動した後、一度取った切り替え位置（ブロック位置または解放位置）を独立して持続的に維持する。

ロック部材の作動には、油圧式、空圧式、電磁式作動など、基本的に公知な様々な作用原理が考慮される。ランプまたはカム機構も使用できる。

ロック部材は、自動切替式ロック部材として形成することもでき、クラッチ内で動作状態に応じて発生し、ロック部材またはロック部材の作動に作用する力が、ロック部材またはロック要素を位置調整するための作動力として使用されることにより、少なくとも１つのロック要素または複数のロック要素をブロック位置から解放位置に、または解放位置からブロック位置に押すことができる。例えば、遠心力を作動力として使用して、特定の制限速度を超えた結果としてロック部材をブロック位置から解放位置に、または解放位置からブロック位置に押すことができる。

本発明にかかるフリーホイールクラッチの有利な用途は、特に、車両のドライブトレイン用の軸駆動ユニットでの使用である。ここで、フリーホイールクラッチは、太陽、遊星歯車セット、または外輪歯車をブロックし、ひいては変速段を実現するために使用することができる。このような使用法は、電動駆動モータと車軸の駆動輪、および場合によって回生動作および／または後進ギアとの間の異なる変速段が、特に多段形成された２段遊星歯車を介して実現される電動軸駆動ユニットが特に考慮される。フリーホイールクラッチを備えた少なくともおよび好ましくは純粋に電動の軸駆動ユニット、およびそのような軸駆動ユニットにおけるフリーホイールクラッチの使用に関しては、ＰＣＴ／ＥＰ２０１６／０７９１６９（ＰＣＴ国際出願第２０１６／０７９１６９号）が参照され、そこではフリーホイールクラッチを軸駆動ユニットに使用すること、および軸駆動ユニット自体について記載されており、特に、これがフリーホイールクラッチの機能および使用、ならびに軸駆動ユニットにおけるフリーホイールクラッチの配置に関する限り、その内容は本出願に組み込まれる。

連結部材として機能するクラッチハウジングを備えた、逆止装置として使用されるロック可能なフリーホイールクラッチの外観図である。 係合位置にある中間部材と、ブロック位置にあるロック部材とを備えたクラッチハウジングを省略した、前述の図にかかるフリーホイールクラッチを示す図である。 図２にも示されている係合位置における、前述の図にかかるフリーホイールクラッチの断面図である。 中間部材がフリーホイール位置にあり、ロック部材が解放位置にある、前述の図にかかるフリーホイールクラッチの断面図である。 図２および図３ａにも示されている係合位置における、前述の図にかかるフリーホイールクラッチの平面図である。 中間部材の前部を省略した、図３ｂにも示されているフリーホイール位置における、前述の図にかかるフリーホイールクラッチの平面図である。 ロック部材および内側連結部材の前部を省略した、図２および図３ａにも示される係合位置における、前述の図にかかるフリーホイールクラッチの平面図である。 クラッチハウジング、ロック部材および中間部材を省略した、図２および図３ａにも示される係合位置における、前述の図の１つにかかるフリーホイールクラッチの背面からの斜視図である。 クラッチハウジング、ロック部材、および中間部材を省略した、図３ｂにも示されているフリーホイール位置における、前述の図の１つにかかるフリーホイールクラッチの背面からの斜視図である。 切替位置における前述の図の１つにかかるフリーホイールクラッチの斜視図である。 前述の図の１つにかかるフリーホイールクラッチで使用される摩擦リングの形態の制御部を示す図である。 図６ａの制御部の分解図である。 摩擦リングとして形成された制御部の代替実施形態の斜視図である。 図７ａに示された摩擦リングの側面図である。

図１は、例示の目的で使用されるロック可能なフリーホイールクラッチの外観図を示す。フリーホイールクラッチは、ハウジングを介して、例えば車両の軸駆動ユニットに固定して配置することができ、逆止装置として使用できる。これにより、太陽、遊星歯車セット、または２段遊星歯車の外輪歯車を、１つの回転方向でブロックし、別の回転方向で解放できる。ここで、ハウジングは、フリーホイールクラッチがロック部材によって解放されたフリーホイール位置にあるか、係合位置にあるかに応じて、第２の連結部材のフリーホイール方向への回転を可能にする、またはフリーホイール方向と反対のねじり応力（負荷回転方向）がある場合に防止する第１の連結部材１として機能する。

図に示す実施例では、第１の連結部材１は外側の直立した連結部材であり、これにより、第２の連結部材２がフリーホイール方向と反対の回転方向に逆回転することを防止できる。フリーホイールクラッチの他の構成では、以下に説明するフリーホイールクラッチの機能を維持しながら、第１の連結部材は、回転可能に支承された連結部材および／または内側連結部材であってもよい。したがって、実施例に従って形成されたクラッチをオーバーランニングクラッチとして使用することも考えられる。

図２は、クラッチハウジングを省略し、したがって外側の第１の連結部材を省略し、クラッチハウジングを外側に閉じる閉鎖カバー３０を大幅に省略して、図１に示すフリーホイールクラッチの内部動作を示している。

図２に示すフリーホイールクラッチの位置は、係合位置である。軸方向に変位可能な中間部材３が、外側の第１の連結部材１（図１のクラッチハウジングに対応し、図２では省略）と、内側の第２の連結部材２との間に配置されている。中間部材３は、外歯と内歯のリングとして形成され、外側の第１の連結部材と内側の第２の連結部材２との間の環状空間に収容される。この空間は、第１の連結部材が軸方向に第２の連結部材に重なることで生じる。図に示される実施例では、第１の連結部材は、外側の連結部材であり、内側の第２の連結部材２上で軸方向に重なる。

中間部材３は、外側負荷歯としてのねじ歯４と、内側負荷歯としての内歯５とを有している。外側ねじ歯４は、外部連結部材１の内側に設けられ、特に外側ねじ歯４の全長にわたって図３ｂおよび図４ｃにも示されている内側ねじ歯４と係合している。図に示す実施例では、外側ねじ歯４は、中間部材３の軸方向幅全体にわたって延びている。ねじ歯が短く、中間部材の１つまたは複数の軸部分のみにわたって延びている他の実施形態も考えられる。図２、図３ａおよび図４ａに示す係合位置では、内向きの歯５は、第２の連結部材２に設けられた外歯５と係合する。軸方向から見て、中間部材３の内歯５と内側の第２の連結部材２の外歯５とは、中間部材３または内側連結部材２の短い軸方向の部分領域にのみ延びており、また、係合位置でのみ互いに負荷伝達するように係合している。

記載されている歯車係合対４／４および５／５は負荷歯対を形成し、フリーホイールクラッチが意図したように使用されるとき、中間部材を介在接続してトルクが連結部材１、２間で伝達される。係合位置では、これらの負荷歯対は、図３ａから分かるように、歯幅Ｂにわたって軸方向に分布している。歯幅Ｂは、回転軸に垂直な外側の歯面からの軸方向の距離によって定義され、有効な負荷歯対は、中間部材の内側および／または外側で依然として有効である。

図に示す実施例では、中間部材に配置され、第１の連結部材１と係合する負荷歯４が中間部材３の全幅にわたって延び、第２の連結部材２と係合する負荷歯５が負荷歯４を軸方向に超えて延びないため、歯幅Ｂは、同時に中間部材３の軸方向幅に対応する。

中間部材３は、内側連結部材２と外側連結部材１との間に軸方向に変位可能に配置され、図２および図３ａに示された係合位置から図３ｂに示されたフリーホイール位置にねじ歯対４／４の作用下で軸方向に変位することができる。図３ａでは、中間部材３と内側連結部材２とが歯対５／５を介して負荷伝達のために係合位置で係合し、中間部材３は軸方向の外面が右を向くように転がりベアリング３１に支持され、中間部材３は、図３ｂに示された位置では、内側連結部材２との係合が解除されて左に変位している。

このために、ロック部材として機能するロックリング６は、最初に、図４ａにも示されている図２および３ａに示されているブロック位置から図３ｂおよび４ｂに示されている解放位置まで、第１の連結部材１に対して回転する。図２、図３ａ、図４ａに示すブロック位置では、外側連結部材１の内側に設けられたねじ歯４に対応するロックリング６の歯が、最初に中間部材３の軸方向の左への変位をロック歯７としてブロックする。ロックリング６に割り当てられたロック部材アクチュエータ８によってロックリング６を外部連結部材に対して回転させることにより、ロックリングは図３ｂおよび４ｂに示す解放位置に回転し、そこでは外部連結部材１の内側にねじ歯４を備えたロック歯７が、中間部材３がロック歯７内に移動できるように重なり合う。次に、中間部材３と内側連結部材２との係合が解除され、内側の、第１の連結部材２は、中間部材３から切り離されることにより、図４ｂに示すフリーホイール回転方向Ｆに自由に回転することができる。

ロック部材を設けることは、クラッチが、フリーホイール方向の自由回転とフリーホイール方向と反対のねじり応力が発生した場合の負荷伝達を可能にする単なるフリーホイールクラッチとして機能するために必ずしも必要ではない。しかし、それは、係合位置でクラッチをブロックし、したがって、ロック部材がブロック位置にある時に、ロック部材が、中間部材がフリーホイール位置を取ることを妨げることによってフリーホイール回転方向へ負荷伝達する可能性を提供する。

図２から５ｂでは、歯幅Ｂ内の中間部材３で、外側の第１の連結部材１と、内側の第２の連結部材２とが、環状空間を形成しながら重複し、重なり部分の半径方向内側で、同期爪としても機能する制御要素を形成する２つの制御爪９が配置されていることがわかる。制御爪９は、中間部材３の２つの直径上に対向した袋状の開口部に配置され（図２および図４ｃ）、中間部材３内で自由に旋回可能に収容され、その側面が第１の連結部材１に対して中間部材と反対側の面で、半径方向外側で支持される。制御爪と協働する追加のベアリング要素は設けられていない。中間部材の制御要素とその隣接する連結部材の支持を自由に受け入れて、制御要素が高負荷を確実に支持できるようにする代わりに、中間部材の制御爪に横方向に支持され、制御爪に係合するベアリングピンで、制御爪９を旋回可能に支承することもできる。

図に示される２つの制御爪の数およびそれらの直径方向に対向する配置、ひいては有利には、円周方向に中間リングを、対称的に負荷をかけて配置することは、有利な実施形態であることが証明された。ただし、異なる数の制御爪（１つまたは２つ以上）を設けることもでき、異なる配置を選択することもできる。

図３ａ、図３ｂ、図４ｃ、図５ａ、図５ｂおよび図５ｃから、制御爪９は、制御爪９から軸方向にオフセットされた制御アーム１１を介して摩擦リング１２として形成された制御部材と係合していることが分かる。摩擦リング１２は、内側連結部材２およびベアリング３１の内側リングと摩擦接触しているが、内側連結部材２および中間リング３の相対回転時は、制御アーム１１が一方では中間部材３と、他方では摩擦リング１２とポジティブフィットにより協働することにより、内側連結部材２およびこれと共に回転するベアリング３０の内側リングが共に回転することを防止する。むしろ、摩擦リング１２の切欠き部１３によって形成された突起が形成された摩擦リング１２は、制御アーム１１に押し付けられ、それにより摩擦リング１２の円周方向に作用する作動力を受け、これにより制御爪９に作動トルクが作用する。したがって、内側連結部材２と中間部材３との間の相対回転方向に応じて、制御爪９は、制御爪９の自由端が第１の連結部材２から半径方向に離れて旋回し、内側連結部材２に設けられた外歯５の到達範囲外にある開位置に押し込まれる。または、制御爪９は、制御爪９の自由端が第１の連結部材２の方向に半径方向内側に押され、これにより、外歯５と当接する噛合位置に押し込まれる。内側連結部材２がフリーホイール回転方向Ｆ（図４ｂ、図５ｂ）で中間リング３に対して相対回転すると、制御爪９は、内側連結部材２に設けられた歯５との係合から外れて開位置に持続的に押し出される。内側連結部材２が中間リング３に対して、フリーホイール回転方向と反対の負荷回転方向Ｍ（図４ｃおよび図５ａ）に相対回転すると、制御爪９は内側連結部材２に設けられた歯５内に旋回し、噛合位置を取る。

摩擦リング１２に形成された突起は、図示の実施例では、円周方向を向く切欠き部１３の縁部によって形成され、これに対抗して当接している、中間部材３と軸方向に連動する制御爪または制御アームの軸方向変位を可能にする有効幅を有する。

中間部材と連結部材との間の相対回転方向に応じて制御爪を作動させる制御部材と制御爪との上記の協働は、一方では、制御爪がばね要素を介して制御ストッパに対して持続的に作用する制御爪とは異なり、ほとんどノイズなく挙動するという利点を有する。さらに、負荷歯として連結要素に使用される歯は、同時に制御ストッパとしても使用される。これは、さもなければ負荷歯に加えて制御ストッパを形成する制御歯が不要なため、構成を大幅に簡素化することを意味する。

次に、負荷方向が変更されたときのプロセスを説明する。

フリーホイールクラッチが図３ａに示す係合位置にあり、内側連結部材２が負荷回転方向Ｍに力を受けると、トルクは内側連結部材２から中間リングに伝達される。これは、ねじ歯対４／４を介して外側連結部材１と係合しており、図３ａのねじ歯の傾斜によってベアリング３１の内側リングに対して右に押され、これによりアセンブリにおいて支持され、これと共に、クラッチハウジングによって形成される外側連結部材１が固定接続されている。負荷方向Ｍにおいて、内側連結部材２は、中間部材を介して外側連結部材１に回転不能にポジティブフィットにより接続されている。高負荷を受けることができる負荷歯による連動構成により、クラッチはコンパクトでありながら非常に高いトルク伝達能力を有する。

ここで、図３ｂに示すフリーホイール方向Ｆの負荷方向に変化がある場合、中間部材３は、負荷方向Ｆに負荷されたねじ歯対４／４を最初に左に押す。ロックリング６がブロック位置にあり、ロック歯７がねじ歯４のギアをブロックするため、中間部材が内側連結部材から係合が外れるような動きは排除される。フリーホイールはこのようにロックされ、クラッチは固定クラッチとして機能し、フリーホイール方向Ｆにトルクを伝達する。

フリーホイール方向Ｆの負荷方向の場合、またはフリーホイール方向Ｆの負荷方向の変更の前に、ロックリング６がロック部材アクチュエータ８を介して回転して、ロック歯７を内側ねじ歯４で覆い、ひいては解放位置にすると、ねじ歯対４／４によって左に押される中間部材３が、中間部材３と内側連結部材２との間の歯対５／５が係合から外れるまで、ロックリング６に進入することができる。ここで、内側連結部材２は、フリーホイール方向に自由に回転できる。図３ｂに示される状態に到達する。

この状態で、内側クラッチ２は摩擦リング１２を摩擦力により同様にフリーホイール方向Ｆに押す。しかし、摩擦リング１２は、摩擦リング１２に設けられた切欠き部１３に潜り込む制御アーム１１により、内側連結部材２との連動回転が阻止され、制御アーム１１と接触している切欠き部１３を形成する連動突起の制御縁部１０から、制御アーム１１への作動力、ひいては制御爪９への摩擦力開始作動トルクにより、制御爪９を連続的に開位置に押す（図４ｂ、図５ｂ）。

負荷方向がフリーホイール方向Ｆから反対の負荷方向（負荷回転方向Ｍ）に再び変化すると、内側連結部材２はまず回転方向Ｍにわずかな角度だけ回転し、その結果、作動力の有効方向が摩擦リング１２と制御アーム１１の間で変化する。摩擦リング１２の制御縁部１０を介して制御アーム１１に作用する作動力は、少なくとも短時間、制御爪９に作用する摩擦力開始作動トルクを生じ、その結果、制御爪９の自由端が内側の噛合位置に旋回して内側連結部材２の外部負荷歯５と当接する（図４ｃ、図示面外側の負荷歯５、または中間リングがまだ係合位置にない図５ｃ）。制御爪９を介して、内側連結部材から始まるトルクが中間部材３に加えられ、その結果、中間部材３は、それが再び図３ａに示され、および図５ａで制御爪の位置から得られる係合位置を取るまで、ねじ歯対４／４の作用下で右側の係合位置に押し戻され、係合位置では、伝達されるトルクが、高負荷を受けられる歯対４／４および５／５を介して伝達される。制御爪９は、係合位置でほぼ無負荷である。

係合位置への進入を可能にするために、連結部材２の歯５を有する制御爪９が当接すると、中間部材に設けられた歯５が、連結部材２に設けられた歯５内に横方向に進入できるように（歯空間内の歯車）、中間部材上の制御爪９の幾何学的寸法および位置決めは歯対５、５と調整または同期される。したがって、制御爪９および負荷歯５は、同期機能も有する。

摩擦リング１２として形成された制御部は、図６ａおよび図６ｂに、例示の目的で、弛緩位置で詳細に示されている。

摩擦リング１２は、制御爪または制御アームの数に対応する数と、制御爪９と協働する制御アーム１１が係合でき、制御アーム１１と当接する制御縁部１０によって形成されている中間部材上のそれらの位置に対応して位置決めされる切欠き部１３とを有して、摩擦リングによって加えられた作動力を制御アーム１１に伝達できるようにする。当然ながら、摩擦リング１２が制御アーム１１に対して当接するか、または制御爪９に対して直接当接することを可能にする他の種類の突起または他の手段を設けることもできる。

多部品で形成された摩擦リング１２上には、軸方向に設けられ、キャリアリング１５に割り当てられた、少なくとも円周の一部にわたって延びる摩擦部材１４が設けられている。摩擦部材１４およびキャリアリング１５は、摩擦部材がキャリアリング１５に対して少なくともわずかに軸方向に変位可能であるが、同時にキャリアリング１５に対して回転しないように、対応するラッチ手段１６および１６を介して互いに係合する。キャリアリング１５には、付勢要素１７のための収容部が設けられており、好ましくは、図示の渦巻きばねの形態であり、それを介して摩擦部材１４がキャリアリング１５から軸方向に押し出される。

摩擦リング１２が２つの境界面によって横方向に制限された環状ギャップに挿入された時に軸方向に圧縮される場合、付勢要素１７は作動力を加え、それによって摩擦部材１４は、環状ギャップを横方向に制限する境界面に対して横方向の外面で設置される。

摩擦リング１２の代替実施形態が図７ａおよび図７ｂに示されている。軸方向に作用し、円周の少なくとも一部にわたって延びる曲げウェブ１８の摩擦リング１２には、付勢要素を形成し、曲げばねとして作用し、摩擦リングの円周の一部にわたって円周方向に延びるサイドアーム１９に軸方向に作用する作動力を及ぼす。摩擦リング１２が２つの境界面によって横方向に制限された環状ギャップに挿入された時に軸方向に圧縮される場合、曲げウェブは、付勢要素として復元力を及ぼし、これにより、サイドアーム１９によって形成された外面を持つ摩擦リング１２は、環状ギャップを横方向に制限する境界面に対して設置される。この構成も、制御縁部１０を形成する切欠き部１３を形成する。

上述の摩擦リングの２つの実施例では、摩擦リングが遊びなしで環状ギャップに収容されることが保証される。さらに、回転する環状ギャップの場合に静止状態に保持された時に摩擦リングが受ける摩擦トルクは、付勢要素の構成によって、つまり、示されている実施例のばねまたは曲げウェブおよびサイドアームによって、適切に調整することができる。図に示す実施例では、ベアリング３１の内側リングと、それに対向する連結部材２に設けられた負荷歯５の側面との間に環状ギャップが形成される。

フリーホイールクラッチの個々の機能要素の配置または割り当て、特に、ねじ歯、制御爪、制御部、制御ストッパ、および第１の連結部材、第２の連結部材、または中間リングにあるロック要素を備えたロック部材の配置または割り当て、ならびに、２つの連結部材のどちらが重複領域においてそれぞれ他の連結部材の内側または外側に配置されているか、外側または内側の連結部材が回転駆動されるか、または単に支持機能を有するか、および歯車のいずれの種類が機能部の半径方向外側または内側に設けられているかという問いは、記載したフリーホイールクラッチの基本機能を維持するため、および本発明の範囲で有利であると記載された構造的実施形態のために、必ずしも規定されておらず、必ずしも図示のようである必要はない。図示される実施形態と比較して個々の機能要素の配置または割り当てを変更することにより、本発明の主題から離れることはない。

図に示すように、フリーホイールクラッチは逆止装置として構成できることを再度指摘しておく必要がある。ただし、フリーホイールクラッチは、一方のクラッチ部分が負荷伝達方向に他方を回転駆動し、フリーホイール方向に追い越すことができるオーバーランニングクラッチとして構成することもできる。

１ 第１の連結部材
２ 第２の連結部材
３ 中間部材
４ 中間部材の外側ねじ歯
４ 第１の連結部材の内側ねじ歯
５ 中間部材の内歯
５ 第２の連結部材の外側ねじ歯
６ ロック部材（ロックリング）
７ ロック歯
８ ロック部材アクチュエータ
９ 制御要素（制御爪および同期爪）
１０ 制御縁部
１１ 制御アーム
１２ 制御部（摩擦リング）
１３ 摩擦リングの切欠き部
１４ 摩擦部材
１５ キャリアリング
１６、１６ ラッチ手段
１７ 付勢要素
１８ 曲げウェブ
１９ サイドアーム
３０ 外側閉鎖カバー
３１ 転がりベアリング

Claims (15)

1. 第１の連結部材（１）と、第２の連結部材（２）と、第１の連結部材（１）および第２の連結部材（２）と協働する中間部材（３）であって、フリーホイールクラッチのねじり応力の方向に応じて、フリーホイール位置、または、係合位置を取る中間部材と、を備えたフリーホイールクラッチであって、
   前記フリーホイール位置と前記係合位置との間の変更が、前記中間部材（３）の軸方向変位によって生じ、
   前記中間部材（３）の前記フリーホイール位置から前記係合位置への前記軸方向変位を、制御要素（９）によって開始する、少なくとも１つの制御機構が設けられている、フリーホイールクラッチにおいて、
   前記第１の連結部材（１）が、有効な歯幅（Ｂ）を形成しながら、前記係合位置で前記第２の連結部材（２）に軸方向に重なり、
   前記制御要素（９）が、前記中間部材（３）の前記歯幅（Ｂ）内に少なくとも部分的に配置されていることを特徴とする、
   フリーホイールクラッチ。
2. 前記制御要素（９）が、前記中間部材に配置されており、ねじり応力がフリーホイール回転方向から負荷回転方向に変化した時に、前記フリーホイール位置で、前記第１の連結部材（１）または前記第２の連結部材（２）に設けられた負荷歯と当接して、前記中間部材の前記係合位置（３）への軸方向変位を開始することを特徴とする、請求項１又は請求項１のプリアンブルに記載のフリーホイールクラッチ。
3. 前記中間部材（３）の軸方向変位を開始するために前記制御要素（９）と協働する、前記第１の連結部材（１）または前記第２の連結部材（２）に配置された制御部（１２）が、重なり部分の半径方向内側に配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のフリーホイールクラッチ。
4. 前記中間部材（３）が、環状に形成され、少なくとも部分的に外側負荷歯（４）を備えた外側リング面と、少なくとも部分的に内側負荷歯（５）を備えた内側リング面とを有し、
   前記外側負荷歯（４）と前記内側負荷歯（５）とは、軸方向に少なくとも部分的に重なることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のフリーホイールクラッチ。
5. 前記外側リング面が、全軸方向幅にわたって、前記外側負荷歯（４）を備え、一方で、前記内側リング面が、一部分のみに内側負荷歯（５）を備えることを特徴とする、請求項４に記載のフリーホイールクラッチ。
6. 前記中間部材（３）が内側リング面または外側リング面にねじ歯（５）を有し、前記中間部材（３）における前記ねじ歯（５）が、前記連結部材の１つにおける対応するねじ歯（５）と係合していることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のフリーホイールクラッチ。
7. 前記制御機構が、前記中間部材（３）の係合位置への移行を保証する、定義された回転角度位置でのみ、前記フリーホイール位置から前記係合位置への前記中間部材（３）の軸方向変位を可能にするように設定されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のフリーホイールクラッチ。
8. 前記制御機構が、前記連結部材（１、２）間の相対回転の方向に応じて、フリーホイールクラッチがフリーホイール回転方向Ｆに負荷をかけられる場合に、前記制御要素（９）を連続的に開位置へ押す制御部（１２）を含み、
   前記制御部（１２）が連結部材（２）と摩擦接触し、前記連結部材（１、２）が互いに相対回転する時、前記制御要素（９）は間接的または直接的に摩擦力を受ける、ことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のフリーホイールクラッチ。
9. 前記制御部（１２）が、連結部材（２）と摩擦接触する摩擦リングとして形成されていることを特徴とする、請求項８に記載のフリーホイールクラッチ。
10. 前記制御要素（９）を収容するために、前記中間部材（３）に、１つまたは複数の半径方向袋状の窪みまたは開口部が、１つまたは複数の制御要素収容部として導入されていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のフリーホイールクラッチ。
11. ロック部材（６）が設けられており、前記ロック部材（６）は、前記ロック部材（６）がブロック位置にある時、前記中間部材（３）の係合位置からフリーホイール位置への軸方向変位をブロックし、前記ロック部材（６）が解放位置にある時、前記中間部材（３）の係合位置からフリーホイール位置への軸方向変位を解放することを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載のフリーホイールクラッチ。
12. 前記ロック部材（６）が連結部材（１）のねじ歯（４）に対応するロック歯（７）、または連結部材（２）の前記負荷歯（５）に対応するロック歯（７）を有し、前記ロック歯（７）が、前記それぞれの連結部材に設けられた前記ねじ歯（４）、または前記ロック歯（７）が対応する負荷歯（５）と、ロック部材（６）が解放位置にある場合に重なり合い、したがって、前記中間部材（３）は前記ロック部材（６）に軸方向に進入してフリーホイール位置を占めることができることを特徴とする、請求項２に従属する請求項１１に記載のフリーホイールクラッチ。
13. 前記ロック部材（６）が、外部作動によりブロック位置から解放位置に、および／または解放位置からブロック位置に移動できる外部切り替え可能なロック部材として形成され、
    前記ロック部材（６）が単安定に形成されており、アクチュエータによる力を受けない場合に、前記ブロック位置または前記解放位置が、前記ロック部材（６）が自動的に取る基本位置を形成する、ことを特徴とする、請求項１１又は１２に記載のフリーホイールクラッチ。
14. ２段遊星歯車を備える電動駆動式軸駆動ユニットであって、前記２段遊星歯車を介して、電動駆動モータと前記軸駆動ユニットによって駆動される駆動輪との間で異なる変速段が実現されている電動駆動式軸駆動ユニットにおいて、
    前記フリーホイールクラッチが、太陽および／または遊星歯車セットおよび／または外輪歯車の回転をブロックまたは解放することで、２段遊星歯車の変速段を実現するために使用されていて、前記軸駆動ユニットにおいて請求項１から１３のいずれか一項に記載のフリーホイールクラッチの使用がされる、電動駆動式軸駆動ユニット。
15. 前記フリーホイールクラッチが、ロック部材（６）によってロック可能な、逆止装置として使用されるフリーホイールクラッチであり、前記フリーホイールクラッチを介して、前記ロック部材を用いて、後進ギアおよび／または回生動作が可能である、請求項１４に記載の電動駆動式軸駆動ユニット。

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