Freilaufeinheit
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die folgende Erfindung betrifft eine Freilaufeinrichtung, die beispielsweise in einem Antriebsstrang angeordnet sein kann. Derartige Freilaufeinrichtungen haben eine Antriebsseite und eine Abtriebsseite, wobei eine Leistungsübertragung von der Antriebsseite auf die Abtriebsseite erfolgt. Eine Leistungsübertragung von der Abtriebsseite auf die Antriebsseite kann freigeschaltet werden, so dass eine Drehbewegung an der Abtriebsseite ungehindert erfolgen kann.
Aus US 4,030,581 -A beispielsweise ist eine Freilaufeinrichtung bekannt, bei der zwischen einer angetriebener Welle und einem treibenden holzylindrischen Gehäuse Klemmrollen in Klemmspalten angeordnet sind, die von einer kreis- förmigen Klemmbahn des treibenden holzylindrischen Teils und von Klemmrampen der getriebenen Welle begrenzt sind. Über einen Elektromagneten betätigbare Schaltfinger greifen zwischen umfangseitig einander benachbarte Klemmrollen ein. In einer Freilaufstellung der Freilaufeinrichtung sind die Klemmrollen derart in der Mitte von zwei gegenläufigen keilförmigen Klemm- spalten angeordnet, dass die Klemmrollen außer Eingriff mit der zylindrischen Klemmbahn sind. Mit anderen Worten, in der Freilaufstellung kann im vorliegenden Fall eine Relativverdrehung zwischen dem holzylindrischen treibenden Teil und dem getriebenen Teil stattfinden, ohne das eine Reibung infolge eines Klemmkörperkontaktes erfolgen würde.
Nachteilig bei dieser Freilaufeinrichtung ist jedoch, dass eine separate Einrichtung - hier ein Elektromagnet - vorzusehen ist, die unabhängig von der Freilaufeinrichtung betätigt werden muss, um die Klemmrollen zu schalten.
Aufgabe der folgenden Erfindung ist es daher, eine Freilaufeinrichtung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, die einfach zu schalten ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Verzögerungseinrichtung zum Verzögern einer Mitnahme der Klemmkörper durch das mit den Klemmrampen versehene zweite Element derart vorgesehen ist, das unter einer Drehung des zweiten Elementes die Klemmkörper in die Klemm- spalte verlagert werden.
Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass eine separate Betätigung beispielsweise eines Elektromagneten nicht länger erforderlich ist. Ausgehend von einer Freilaufstellung, in der die Klemmkörper außer Klemmeingriff mit ihren keilförmigen Klemmspalten sind, werden die Klemmkörper in den Klemmeingriff lediglich dadurch gebracht, dass das zweite Element - beispielsweise an Elektromotor - in Drehung versetzt wird.
Die erfindungsgemäße Freilaufeinrichtung kann in günstiger Weise Teil einer Betätigungseinrichtung zum Öffnen bzw. Schließen einer Schwingtür oder einer Heckklappe eines Kraftfahrzeugs sein: bei modernen Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen die mit Schiebetüren ausgerüstet sind, kann die Schiebetür mittels eines Elektromotors geöffnet bzw. geschlossen werden. Fällt der Antrieb durch den Elektromotor aus, beispielsweise weil die Bordspannung zu gering ist, muss eine Notentkopplung vorgesehen sein, so dass die Türe von Hand geschlossen bzw. geöffnet werden kann. Die erfindungsgemäße Freilaufeinrichtung ist in diesem Fall in dem Antriebsstrang derart angeordnet, dass bei manueller Betätigung der Schiebetür die Klemmkörper in Freilaufstellung sind. Das manuelle Betätigen erfolgt besonders leichtgängig, da die Klemmkörper außer Klemmeingriff - also ohne Reibkontakt - mit der zylindrischen Klemmbahn sind. Eine unerwünschte Reibung entfällt, wie sie beispielsweise vorliegen würde, wenn die Klemmkörper in ihre Klemmspalte hinein - also in Klemmbereitschaft - gefedert wären. In dieser Verwendung übernimmt
die erfindungsgemäße Freilaufeinrichtung demzufolge die Funktion einer Notentkopplung zum Zweck des Verringems eines öffnungs- oder Schließwiderstandes unter einer manuellen Betätigung der Schiebetür. Die erfindungsgemäße Verzögerungseinrichtung ist in der vorliegenden Anwendung selbsttätig eingeschaltet, sobald der Elektromotor betätigt wird. Dann wird das zweite Element in Drehung versetzt gegenüber dem ersten Element, wobei die Klemmkörper dieser Drehbewegung nur verzögert folgen und demzufolge in ihre Klemmspalte hinein gezwängt werden. Unter einer weiteren Drehung des zweiten Elementes stellt sich eine kraftschlüssige Verbindung über die Klemm- körper zwischen dem ersten und dem zweiten Element ein, so dass die Schiebetür problemlos elektromotorisch geöffnet bzw. geschlossen werden kann.
Die Klemmkörper können in Taschen eines Käfigs angeordnet sein. Derartige Käfige können unter anderem zu dem Zweck vorgesehen sein, die Klemmkör- per einwandfrei zwischen dem ersten und dem zweiten Element zu positionier- nen.
Die Verzögerungseinrichtung kann miteinander in Reibkontakt stehende Reibflächen umfassen, von denen die eine dem Käfig und von denen die andere einem dritten Element zugeordnet ist. Das dritte Element kann beispielsweise gestellfest sein. In diesem Fall ist eine besonders zweckmäßige erfindungsgemäße Freilaufeinrichtung ausgebildet: wenn das beispielsweise von einem Elektromotor angetriebene zweite Element in Drehung versetzt wird kann eine gemeinsame Drehung mit den Klemmkörpern nur über einen geringen Schwenkwinkel - wenn überhaupt - erfolgen: Denn die Klemmkörper werden in Umfangsrichtung durch Taschenwände des Käfigs an einer weiteren umfangs- seitigen Verlagerung zunächst gehindert. Allerdings dreht das zweite Element weiter, so dass die Klemmkörper entlang der Klemmrampen des zweiten Elementes verlagert werden, bis sie schließlich in Klemmeingriff einerseits mit den Klemmrampen und andererseits mit der zylindrischen Klemmbahn sind. In dieser Situation drehen nun das erste und das zweite Element, der Käfig, und die Klemmkörper gemeinsam. Der Käfig übernimmt hier zwei Funktionen: einer-
seits trägt er zur einwandfreien Ausrichtung der Klemmkörper bei; andererseits ist er Teil der Verzögerungseinrichtung.
Die Reibkraft, unter der die Reibflächen gegeneinander gedrückt werden kann beispielsweise durch eine Feder aufgebracht werden. Eine besonders preiswerte erfindungsgemäße Weiterbildung sieht allerdings vor, das die Reibflächen unter einer Magnetkraft aneinander gedrückt sind. Zu diesem Zweck kann an dem dritten Element ein Magnet und an dem Käfig ein eisenhaltiges Teil - oder umgekehrt - vorgesehen sein.
Um sicher zustellen, dass die Klemmkörper in einer neutralen Freilaufstellung angeordnet sind, in der sie außer Klemmeingriff mit ihren keilförmigen Klemmspalten sind, ist es zweckmäßig eine Rückstelleinrichtung für die Klemmkörper vorzusehen, um bei lastfreiem zweiten Element die Klemmkörper aus einer Klemmpositon zurück in die Freilaufstellung rückzustellen.
Diese Rückstelleinrichtung kann Federn umfassen, die einerseits an dem Käfig abgestützt sind und die andererseits an den Klemmkörpern angreifen. Die Federn können beispielsweise in den Taschen angeordnet sein und den darin angeordneten Klemmkörper mittig halten. Weiter oben wurde bereits erwähnt, dass während des Antriebs der Käfig gemeinsam mit dem zweiten Element dreht. Zu diesem Zweck können der Käfig und das zweite Element beide mit Anschlägen für einander versehen sein, die einen bestimmten Drehwinkel zwischen dem Käfig und dem zweiten Element formschlüssig begrenzen. In ande- ren Worten: es ist ein gewissen Drehspiel zwischen dem Käfig und dem zweiten Element möglich, um die Klemmkörper entlang der Klemmrampen des zweiten Elementes zu verlagern.
Die Rückstelleinrichtung kann eine zweite Feder umfassen, die den Käfig in eine Grundstellung zwischen den beiden Drehwinkelendlagen anfedert, in welcher Grundstellung die Klemmkörper außer Eingriff mit zylindrischen Klemmbahn des ersten Elementes sind.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in drei Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Freilaufeinrichtung,
Figur 2 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Freilaufeinrich- tung aus Figur 1 und
Figur 3 eine Einzelheit der Freilaufeinrichtung gemäß Figur 2.
Die in den Figuren dargestellte erfindungsgemäße Freilaufeinrichtung weist eine Antriebswelle 1 und eine Abtriebswelle 2 auf, die beide konzentrisch ineinander angeordnet sind. Die Antriebswelle 1 weist mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Klemmrampen 3 auf. Die Abtriebswelle 2 ist hohlzylin- drisch ausgebildet und weist an ihrem Innenumfang eine kreisförmige Klemmbahn 4 auf. Die kreisförmige Klemmbahn 4 und die Klemmrampen 3 begrenzen keilförmige Klemmspalten 5. Zwischen der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 2 sind mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Klemmrollen 6 angeordnet. Zwischen der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 2 ist ein Käfig 7 angeordnet, in dessen Taschen 8 die Klemmrollen 6 angeordnet sind. Figur 2 zeigt die Klemmrollen 6 in einer Freilaufstellung. In dieser Position sind die Klemmrollen 6 mittig zwischen zwei gegenläufig orientierten keilförmigen Klemmspalten 5 derart gehalten, dass sie außer Kontakt mit der kreisförmigen Klemmbahn 4 gehalten sind. Blattfedern 9 sind einerseits an dem Käfig 7 abgestützt und greifen andererseits an den Klemmrollen 6 an. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Blattfedern 9 derart in den Taschen 8 angeord- net, dass die resultierende Kraft FR radial einwärts gerichtet ist.
Figur 3 zeigt in schematischer Darstellung einen Ausschnitt aus Figur 2, allerdings lediglich die Abtriebswelle 2, die Antriebswelle 1 und eine dazwischen
angeordnete Klemmrolle 6. Die Vektordarstellung der Federkräfte zeigt, dass die Klemmrolle 6 in Richtung auf die Antriebswelle 1 angedrückt ist. Auf diese Weise ist sicher gestellt, dass die Klemmrollen 6 in der Freilaufstellung beabstandet von der kreisförmigen Klemmbahn 4 gehalten sind.
Der Käfig 7 weist zwei nach radial innen vorspringende Zähne 10 auf, die jeweils in eine Ausnehmung 11 der Antriebswelle 1 mit Spiel in den Umfangs- richtungen eingreifen. Schraubenfedern 12 sind einerseits an der Antriebswelle 1 und andererseits an den Zähnen 10 abgestützt. Die Kraft dieser Schrauben- federn 12 wirkt in den Umfangsrichtungen derart, dass die Taschen 8 des Käfigs 7 mittig über zwei einander benachbarte Klemmrampen 3 angeordnet sind.
An der linken Stirnseite der Freilaufeinrichtung ist eine Getriebescheibe 13 angeordnet, die beispielsweise gestellfest bzw. ortsfest sein kann. Zwischen der Getriebescheibe 13 und dem Käfig 7 ist eine Verzögerungseinrichtung 14 angeordnet: an der Getriebescheibe 13 ist ein Permanentmagnet 15 befestigt. Der Käfig 7 ist mit einem Metallring 16 derart versehen, dass eine Magnetkraft des Permanentmagneten 15 den Käfig 7 axial in Richtung auf die Getriebescheibe 13 zieht. Die Getriebescheibe 13 und der Käfig 7 weisen an einander zugewandten Seiten Reibflächen 17,18 auf. Unter der wirksamen Magnetkraft sind die Reibflächen 17,18 gegeneinander angedrückt.
Zur einwandfreien Lagerung ist die Abtriebswelle 2 über ein Kugellager 19 auf der Antriebswelle 1 drehbar gelagert.
An der Antriebswelle 1 kann beispielsweise ein hier nicht dargestellter Elektromotor angreifen. An der Abtriebswelle 2 bzw. nachgeschalteten Elementen kann beispielsweise ein Getriebe zum Betätigen einer Schiebetür angreifen.
Nachstehend wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Freilaufeinrichtung näher erläutert. In der in der Figur 2 dargestellten Freilaufstellung kann die Abtriebswelle 2 gegenüber der Antriebswelle 1 frei gedreht werden. Eine Reibung der Klemmrollen 6 an der kreisförmigen Klemmbahn 4 findet nicht
statt. Für die Drehung muss lediglich die Reibung des Kugellagers 19 überwunden werden. Das Kugellager 19 ist gleichzeitig eine Abstützung der Freilaufeinrichtung.
Wenn die Antriebswelle 1 wahlweise nach links oder nach rechts gedreht wird, findet zunächst eine Relativdrehung zwischen der Antriebswelle 1 und dem Käfig 7 statt, da eine Drehbewegung des Käfig 7 verzögert wird durch die Reibung zwischen der Getriebescheibe 13 und dem Käfig 7. Unter dieser Relativdrehung werden die Klemmrollen 6 entlang der nun in Eingriff kommenden Klemmrampen 3 verlagert, bis sie schließlich in Kontakt mit der kreisförmigen Klemmbahn 4 der Abtriebswelle 2 gelangen. Schließlich ist eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 2 über die eingeklemmten Klemmrollen 6 hergestellt. Antriebswelle 1 und Abtriebswelle 2 drehen nun gemeinsam. Steht die Antriebswelle 1 wieder still, geht das System wieder in die Grundstellung zurück. Dafür sorgen die Blattfedern 9 und die Schraubenfedern 12, die die Klemmrollen 6 und den Käfig 7 wieder in ein Kräftegleichgewicht rücken, in dem der Käfig 7 und die Klemmrollen 6 einwandfrei zu den Klemmrampen 3 ausgerichtet sind.
Bezugszahlenliste
Antriebswelle
Abtriebswelle
Klemmrampe kreisförmige Klemmbahn keilförmiger Klemmspalt
Klemmrolle
Käfig
Tasche
Blattfeder
Zahn
Ausnehmung
Schraubenfeder
Getriebescheibe
Verzögerungseinrichtung
Permanentmagnet
Metallring
Reibfläche
Reibfläche
Kugellager