WO2020259745A1 - Actuator for a switchable freewheel, and switchable freewheel - Google Patents

Actuator for a switchable freewheel, and switchable freewheel Download PDF

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WO2020259745A1
WO2020259745A1 PCT/DE2020/100463 DE2020100463W WO2020259745A1 WO 2020259745 A1 WO2020259745 A1 WO 2020259745A1 DE 2020100463 W DE2020100463 W DE 2020100463W WO 2020259745 A1 WO2020259745 A1 WO 2020259745A1
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WO
WIPO (PCT)
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cage
actuator
ring
elements
outer ring
Prior art date
Application number
PCT/DE2020/100463
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christian Hartmann
Tony ZEISS
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D41/00—Freewheels or freewheel clutches
    • F16D41/06—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface
    • F16D41/08—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface with provision for altering the freewheeling action
    • F16D41/086—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface with provision for altering the freewheeling action the intermediate members being of circular cross-section and wedging by rolling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D41/00—Freewheels or freewheel clutches
    • F16D41/06—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface
    • F16D41/08—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface with provision for altering the freewheeling action
    • F16D41/086—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface with provision for altering the freewheeling action the intermediate members being of circular cross-section and wedging by rolling
    • F16D41/088—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface with provision for altering the freewheeling action the intermediate members being of circular cross-section and wedging by rolling the intermediate members being of only one size and wedging by a movement not having an axial component, between inner and outer races, one of which is cylindrical

Definitions

  • the invention relates to an actuator with axial actuation for a switchable freewheel and a switchable freewheel with such an actuator according to the preamble of the independent claims.
  • the gears to be shifted are shifted with the help of at least one clutch and at least one synchronization mechanism.
  • the drive motor is first separated from the input shaft of the transmission by pressing the clutch. Then the speed of the input shaft is synchronized with the speed of the selected gear. Only then is a form-fitting connection between the input shaft and the gear wheel established.
  • This process is critical in automated manual transmissions insofar as the drive motor, in particular an internal combustion engine, is disconnected from the input shaft of the transmission during a shifting process. Accordingly, no power is transmitted via the transmission in the decoupled operating state. A so-called tractive force interruption occurs, which affects the driver through a comfort-influencing longitudinal dynamic oscillation.
  • a special transmission concept In the case of electric vehicles, a special transmission concept must be provided so that shifting without interruption in traction can be implemented in a multi-speed transmission.
  • One way to implement a power shift is to integrate a clutch in combination with a conventional shift element.
  • a switchable freewheel can be used for this purpose, but this requires a certain design in order to enable recuperation in the drive train.
  • a backstop and a transfer case with such a backstop are known from DE 10 2015 201 403 A1, which has a rotatable inner ring, a stationary outer ring and a cage arranged between the inner ring and the outer ring.
  • Several Rol lenproe are guided through the cage, with at least one spring element being arranged between the two rollers of the respective roller pair.
  • at least one radially outwardly designed cam is arranged on the outer circumferential surface of the inner ring, which cam can engage in a groove formed in the cage.
  • a coupling that is, a backstop, is achieved by rotating the cage in a circumferential direction.
  • a switchable freewheel which has a rotatably mounted housing section with an inner clamping surface.
  • the switchable freewheel also has an inner ring with the clamping surface of the housing section facing clamping ramps.
  • In the freewheel are positioned in a gap between the clamping ramps and the clamping surfaces in pairs arranged clamping bodies, which are held ge via a spring force exerted by spring elements in ih rer the housing portion in both directions of rotation clamping position.
  • overrunning clutches which can be switched in both directions of rotation and via which a non-rotatable connection between two shafts or a shaft and a housing can be established by clamping clamping bodies.
  • the clamp bodies are guided in a cage.
  • the respective overrunning clutch has a friction clutch with two braking surfaces, one of which is connected to a shaft and the other to the cage. By actuating the friction clutch, the braking surfaces are brought into contact with one another and the clamping bodies are brought from a free-wheeling position into a locking pitch.
  • DE 1 176 936 A discloses a clamping roller overrunning clutch which can be switched under load, the clamping bodies of which are arranged in pairs radially one above the other and are separated from one another radially by an elastic switching ring. The clutch can be released and the clamping direction of the overrunning clutch changed by turning the switching ring.
  • the object of the invention is to propose an alternative actuator for a switchable freewheel which can be actuated via an axial force and which switches the freewheel between two different operating states.
  • an actuator for the axial actuation of a switchable freewheel comprising an actuator ring on which actuating elements and guide pins protruding from a base surface of the actuator ring for mounting assumption of a return spring are formed, solved.
  • the actuator ring is in operative connection with a cage, the cage having recesses in which friction elements are received.
  • the actuation elements cause the friction elements to deform when the actuator ring is axially displaced in the direction of the cage, such that contact, in particular a non-positive or positive connection, is released or established between the friction element and a component surrounding the cage in the radial direction becomes.
  • the actuator ring By actuating the actuator, the actuator ring is displaced in the direction of the cage and presses the friction elements together via the actuation elements so that these friction elements are no longer in contact with an outer ring of the freewheel.
  • the gearshift takes place at standstill without a time offset or at speed after the freewheel is torque-free and the active pinch rollers are released.
  • the cage of the switchable freewheel is rotated via the centering springs into a central position in relation to the clamping ramps on the inner ring. Only now is the drive train separated from the drive.
  • the actuation elements are wedge-shaped or conical, the actuation elements having a larger diameter or circumference in a section facing the actuator ring than on their section facing the cage.
  • the conical shape or the wedge shape pretension the friction elements, which leads to a deformation of the friction elements. It is particularly preferred if the friction elements are pressed together by the actuation elements in such a way that a friction surface on the outside of the friction elements is displaced in the radial direction, in the direction of the cage.
  • the wedge-shaped or conical actuation elements can deform the friction elements, which reduces the expansion in the radial direction. In this way, the friction elements can be “pushed” into the cage in a simple manner, creating a gap between the cage and an outer ring surrounding the cage in the radial direction.
  • a disintegration safeguard is formed on the cage, with which an independent detachment of the actuator ring from the cage is prevented.
  • the installation of the switchable freewheel can be made easier by disintegrating.
  • the anti-disintegration protection enables installation in an installation position in which the actuator ring would fall off the switchable freewheel without disintegration protection due to gravity.
  • the anti-disintegration device is designed in the form of form-fitting elements which establish a form-fitting connection between the actuator ring and the cage.
  • form-fit elements which can be molded onto the cage or the actuator ring in a simple manner during manufacture, the anti-disintegration device can be manufactured in a particularly simple and inexpensive manner.
  • a stop for the actuator ring can be formed via the anti-disintegration device in order to limit the adjustment path for the actuator.
  • the frictional connection elements are designed as omega springs which are positively received in pockets of the cage.
  • a friction element can be designed in a simple and inexpensive manner, which can be deformed accordingly by the actuation elements.
  • a pretension can be set with which the omega spring presses against the outer ring in the unloaded initial state.
  • a switchable freewheel with an outer ring, an inner ring that can be rotated relative to the outer ring and with a cage is proposed, which is arranged between the outer ring and the inner ring.
  • the switchable freewheel comprises at least one pair of clamping bodies, which is connected by a spring, with at least one clamping rim for a clamping body being formed on one of the rings, in particular on the inner ring, which protrudes in the radial direction towards the cage over the base of the respective ring .
  • an actuator according to the invention is provided, the friction elements resting against the outer ring in a first switching position of the actuator and being separated from the outer ring in a second switching position of the actuator. If the cage is rotated due to a speed difference between the outer ring and the inner ring, the freewheel can transmit torque in the direction of rotation. In this position, the cage of the switchable freewheel is rotated in the direction of rotation of the outer ring relative to the inner ring.
  • Clamping body positioned in relation to the clamping ramps in such a way that there is a locking effect.
  • the clamp bodies can clamp with the outer ring and transmit a moment.
  • the opposite ramps are blocked at the same time when switching, so that the sprags are brought to a parking position and rest on the inner ring.
  • the opposite ramps are released and the current ramps are blocked. This means that the switchable freewheel can lock in both directions.
  • a friction surface of the friction elements rests against an inner surface of the outer ring in the unactuated initial state and the friction elements are compressed by an axial displacement of the actuator ring in such a way that contact between the friction elements and the outer ring is released.
  • the friction elements in particular the omega springs, a gap can be created between the friction element and the outer ring, which leads to a centering of the cage be related to the inner ring.
  • the sprags are then not entrained if there is a speed difference between the outer ring and the inner ring and the freewheel can rotate freely.
  • an adjusting element causing an axial displacement of the actuator ring which, when activated, causes a linear displacement of the actuator ring in the direction of the cage.
  • the switchable freewheel can be switched in a comparatively simple and inexpensive manner.
  • Activation of the whille element causes an axial displacement of the actuator ring in the direction of the cage, whereby the friction elements are compressed and a gap is created between the Reibele elements and the outer ring.
  • the switchable freewheel is designed as a fully rotative system in which both the outer ring and the inner ring can rotate during operation.
  • the proposed actuator enables switching between the different operating modes even with such a switchable freewheel.
  • Fig. 1 shows an embodiment of an actuator according to the invention and a switchable freewheel with such an actuator in an explosion onsdarwolf.
  • Fig. 2 an actuator according to the invention and an inner ring and a
  • FIG. 4 shows a sectional illustration and a three-dimensional illustration of a switchable freewheel with an actuator according to the invention.
  • FIG. 1 an embodiment of a switchable freewheel 1 according to the invention with an actuator and an automatic centering device 1 1, 12 is shown.
  • the switchable freewheel 1 comprises an outer ring 2 and an inner ring 7, which can be rotated relative to one another.
  • the switchable freewheel 1 also includes a cage 3, which is arranged in the radial direction between the inner ring 7 and the outer ring 2 and several pairs of clamping bodies 5, 6, leads.
  • Each pair of clamping bodies 5, 6 comprises a first clamping body 5, in particular a first clamping roller, and a second clamping body 6, in particular a second clamping roller, which are connected to one another via a spring 4.
  • the clamping body be supported by individual springs 4 on the cage 3.
  • a plurality of clamping ramps 8, 22, which protrude radially outward from a base surface of the inner ring 7, are formed on the inner ring 7.
  • the switchable freewheel 1 further comprises a plurality of centering springs 1 1, which can be fastened to the inner ring 7 by means of a centering spring holder 12.
  • the centering springs 1 1 are arranged in the axial direction between the inner ring 7 and the centering spring retaining plate 12, and they are preferably received in a form-fitting manner in grooves on the centering spring retaining plate 12.
  • domes are formed on which the end sections of the centering springs 1 1 rest and thus enable the cage 3 to be centered relative to the inner ring 7.
  • the actuator comprises an actuator ring 13, on which actuating elements 14 protruding from a base area of the actuator ring 13 are formed. Furthermore, 13 guide pins 15 for receiving return springs 20 are formed on the actuator ring. The actuation elements 14 and the guide pins 15 are preferably arranged uniformly over the circumference of the actuator ring 13. Recesses 21 are formed on the cage 3, in which friction elements 16, preferably Omega springs 17, are inserted. The friction elements 16 are received positively in the cage 3 in order to prevent the friction elements 16 from slipping. Fer ner interlocking elements 19 projecting axially out of the cage 3 are formed on the cage 3, which can snap into openings in the actuator ring 13 and serve as disintegration protection 18.
  • FIG. 2 shows an exploded view of an actuator according to the invention for a switchable freewheel 1, which can come into operative connection with an outer ring 2 of the freewheel 1.
  • the actuator has an actuator ring 13 on which actuation elements 14 are formed, which can come into operative connection with the friction elements 16 accommodated in the cage 3.
  • 13 guide pins 15 for receiving and guiding remindstellfe countries 20 are formed on the actuator ring, which are supported on an end face of the cage 3 and the Bring the actuator ring 13 back into its starting position.
  • An axial displacement of the actuator ring 13 causes the actuation elements to engage in the friction elements 16 and deform them in such a way that a friction surface on the Rei belementen is advanced inward in the radial direction so that the friction surface is no longer in contact with the outer ring 2 .
  • an inner ring 7 is shown on which the cage 3 is pushed.
  • FIG. 3 shows a sectional view of a switchable freewheel 1 according to the invention with such an actuator.
  • the friction elements 16 are designed as omega springs 17 and, in an unloaded initial state, bear against an inside of the outer ring 2.
  • the cage can be carried along by the outer ring 2 in a frictionally locking manner if a speed difference occurs between the outer ring 2 and the inner ring 7.
  • FIG. 4 shows a further sectional view of a switchable freewheel 1 according to the invention. It can be seen that when the whille element is activated, the actuating elements 14 engage in the friction elements 16 and deform them in such a way that a gap is created between the friction element 16 and the outer ring 2.
  • the actuator can be operated at a standstill without load or during operation under load.
  • the actuator ring 13 When activated, the actuator ring 13 is pushed ver in the direction of the cage 3 and presses the friction elements 16 together via the actuation elements 14 so that the friction elements 16 are no longer in contact with the outer ring 2.
  • no more torque is transmitted from the outer ring 2 to the cage 3.
  • the switchable freewheel 1 For the switchable freewheel 1, this means that switching takes place immediately at a standstill, but only under load when the torque on the freewheel is removed and the active clamping bodies 5, 6 become disengaged. If the cage 3 of the switchable freewheel 1 is moment-free, it is automatically rotated into a central position by the centering springs 1 1. The clamping bodies 5, 6 are simultaneously brought into a parking position in which the clamping bodies 5, 6 rest exclusively on the inner ring 7. The clamping bodies 5, 6 no longer have any contact with the outer ring 2 and can therefore no longer clamp. The switchable freewheel 1 can rotate freely in both directions in this switching position.
  • the advantage here is that the actuation speed and force of the actuator do not have to be very high, since the actuation of the actuator and thus the activation of the freewheel function can take place before the actual shift.
  • Another advantage is that when the freewheel function is activated, no power loss is generated, since the friction elements 16 are completely separated from the outer ring 2.
  • the cage 3 is rotated in the direction of rotation of the outer ring 2 relative to the inner ring 7.
  • the respective clamping bodies 5 come to rest on the respective clamping ramp 8 and are ready to trigger a locking function.
  • the respective clamping bodies 6 are held by the cage 3 in such a way that the clamping body 6 is reliably prevented from resting against the clamping ramp 22. This enables a freewheel function in an opposite direction of rotation, while the switchable freewheel 1 blocks rotation in this direction of rotation.
  • the other clamping bodies 5 or 6 of the pair of clamping bodies 5, 6 are held in the parking position.
  • the switchable freewheel 1 is thus blocked in a first direction of rotation.
  • the other clamping bodies 5 or 6 of the pair of clamping bodies are pressed along the clamping ramps 8, 22 against the outer ring 2 and the freewheel 1 locks in a second direction of rotation.
  • the other clamping bodies 5, 6 of the pair of clamping bodies are brought into the park position.
  • the construction of the proposed actuator is advantageous in that it can be integrated into a switchable freewheel 1 and thus installation space and costs can be saved. It is also advantageous that with this solution an adjustment is possible in a fully rotary system in which both the outer ring 2 and the inner ring 7 rotate.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arrangement And Mounting Of Devices That Control Transmission Of Motive Force (AREA)

Abstract

The invention relates to an actuator for the axial actuation of a switchable freewheel (1), comprising an actuator ring (13) on which there are formed actuating elements (14), which project from a base surface of the actuator ring (13), and guide pins (15) for receiving a resetting spring (20). The actuator ring (13) is operatively connected to a cage (3), wherein the cage (3) has recesses (21) in which friction elements (16) are received. Here, in the event of an axial displacement of the actuator ring (13) in the direction of the cage (3), the actuating elements (14) cause a deformation of the friction elements (16) such that contact between the friction element (16) and a component which surrounds the cage (3) in a radial direction is eliminated or established. The invention furthermore relates to a switchable freewheel (1) having an outer ring (2) and having an inner ring (7) which is rotatable relative to the outer ring (2), having a cage (3) which is arranged between the outer ring (2) and the inner ring (7), and having at least one clamping element pair (5, 6) which is connected by means of a spring (4) or is supported in the cage (3) via springs (4), wherein at least one clamping ramp (8, 22) for a clamping element (5, 6) is formed on one of the rings (2, 7), which at least one clamping ramp (8, 22) projects in a radial direction in the direction of the cage (3) beyond the base surface of the respective ring (2, 7), and having an actuator of said type.

Description

Aktuator für einen schaltbaren Freilauf und schaltbarer Freilauf Actuator for a switchable freewheel and switchable freewheel
Die Erfindung betrifft einen Aktuator mit axialer Betätigung für einen schaltbaren Frei lauf sowie einen schaltbaren Freilauf mit einem solchen Aktuator gemäß dem Ober begriff der unabhängigen Patentansprüche. The invention relates to an actuator with axial actuation for a switchable freewheel and a switchable freewheel with such an actuator according to the preamble of the independent claims.
Bei einer Vielzahl von Getriebekonzepten werden die zu schaltenden Gänge mit Hilfe von mindestens einer Kupplung sowie mindestens einem Synchronisationsmechanis mus geschaltet. Um einen Gang während der Fahrt einlegen zu können, wird zu nächst durch das Betätigen der Kupplung der Antriebsmotor von der Eingangswelle des Getriebes getrennt. Anschließend wird die Drehzahl der Eingangswelle auf die Drehzahl des gewählten Gangrades synchronisiert. Erst dann wird eine formschlüssi ge Verbindung zwischen der Eingangswelle und dem Gangrad hergestellt. In a large number of transmission concepts, the gears to be shifted are shifted with the help of at least one clutch and at least one synchronization mechanism. In order to be able to engage a gear while driving, the drive motor is first separated from the input shaft of the transmission by pressing the clutch. Then the speed of the input shaft is synchronized with the speed of the selected gear. Only then is a form-fitting connection between the input shaft and the gear wheel established.
Dieser Vorgang ist in automatisierten Schaltgetrieben insofern kritisch, als dass bei einem Schaltvorgang der Antriebsmotor, insbesondere ein Verbrennungsmotor, von der Eingangswelle des Getriebes getrennt wird. Dementsprechend wird im entkoppel ten Betriebszustand keine Leistung über das Getriebe übertragen. Es entsteht eine sogenannte Zugkraftunterbrechung, welche sich beim Fahrer durch eine komfortbe einflussende Längsdynamikschwingung auswirkt. This process is critical in automated manual transmissions insofar as the drive motor, in particular an internal combustion engine, is disconnected from the input shaft of the transmission during a shifting process. Accordingly, no power is transmitted via the transmission in the decoupled operating state. A so-called tractive force interruption occurs, which affects the driver through a comfort-influencing longitudinal dynamic oscillation.
In manuellen Schaltgetrieben ist dieser Vorgang weniger kritisch, da der Fahrer ma nuell den Schaltvorgang veranlasst und sich auf die Zugkraftunterbrechung einstellen kann. In automatisierten Getriebekonzepten wird der Fahrer mehr oder weniger durch die schaltungsbedingten Längsdynamikschwingungen überrascht. Deutlich zu spüren ist dies bei automatisierten manuellen Schaltgetrieben. Bei einem Doppelkupplungs getriebe kann dieses Problem durch die Doppelkupplung prinzipiell gelöst werden, da das Getriebe in zwei Teilgetriebe aufgeteilt wird und durch die Doppelkupplung ein Überblenden zwischen den beiden Teilgetrieben ohne Zugkraftunterbrechung möglich ist. Diese Überblendung kann auch unter Last erfolgen. Bei Getriebekonzepten von Elektro- und Hybridfahrzeugen mit mehr als einem Gang kann das Problem auftreten, dass während des Schaltvorgangs eine Zugkraftunter brechung eintreten kann. Im Falle der Hybridfahrzeuge kann abhängig vom Getriebe konzept während des Schaltvorgangs der Verbrennungsmotor zugeschaltet werden, um die Zugkraftunterbrechung zu kompensieren. In manual transmissions, this process is less critical, since the driver manually initiates the shift process and can adjust to the interruption in tractive power. In automated transmission concepts, the driver is more or less surprised by the shift-related longitudinal dynamic oscillations. This can be clearly felt in automated manual transmissions. In the case of a double clutch transmission, this problem can in principle be solved by the double clutch, since the transmission is divided into two sub-transmissions and the double clutch enables the two sub-transmissions to be blended without interrupting the tractive effort. This cross-fading can also take place under load. In the case of transmission concepts for electric and hybrid vehicles with more than one gear, the problem can arise that tractive power can be interrupted during the shifting process. In the case of hybrid vehicles, depending on the transmission concept, the internal combustion engine can be switched on during the shift process to compensate for the interruption in tractive power.
Im Falle von Elektrofahrzeugen muss ein spezielles Getriebekonzept vorgesehen werden, damit eine zugkraftunterbrechungsfreie Schaltung in einem mehrgängigen Getriebe realisiert werden kann. Eine Möglichkeit, eine Lastschaltung umzusetzen ist die Integration einer Kupplung in Kombination mit einem konventionellen Schaltele ment. Im speziellen kann hierzu ein schaltbarer Freilauf verwendet werden, welcher aber ein bestimmtes Design erfordert, um im Antriebsstrang eine Rekuperation zu er möglichen. In the case of electric vehicles, a special transmission concept must be provided so that shifting without interruption in traction can be implemented in a multi-speed transmission. One way to implement a power shift is to integrate a clutch in combination with a conventional shift element. In particular, a switchable freewheel can be used for this purpose, but this requires a certain design in order to enable recuperation in the drive train.
Aus der DE 10 2015 201 403 A1 sind eine Rücklaufsperre sowie ein Verteilergetriebe mit einer solchen Rücklaufsperre bekannt, welche einen drehbeweglichen Innenring, einen stationär festgelegten Außenring sowie einen zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordneten Käfig aufweist. Dabei werden durch den Käfig mehrere Rol lenpaare geführt, wobei zwischen den beiden Rollen des jeweiligen Rollenpaares mindestens ein Federelement angeordnet ist. Dabei ist an der Außenumfangsfläche des Innenrings mindestens ein radial nach außen ausgebildeter Nocken angeordnet, der in eine im Käfig ausgeformte Nut eingreifen kann. Dabei wird eine Kupplung, also eine Rücklaufsperre durch eine umfangsgerichtete Drehung des Käfigs erreicht. A backstop and a transfer case with such a backstop are known from DE 10 2015 201 403 A1, which has a rotatable inner ring, a stationary outer ring and a cage arranged between the inner ring and the outer ring. Several Rol lenpaare are guided through the cage, with at least one spring element being arranged between the two rollers of the respective roller pair. In this case, at least one radially outwardly designed cam is arranged on the outer circumferential surface of the inner ring, which cam can engage in a groove formed in the cage. A coupling, that is, a backstop, is achieved by rotating the cage in a circumferential direction.
Aus der DE 10 2009 051 074 A1 ist ein schaltbarer Freilauf bekannt, welcher einen drehbar gelagerten Gehäuseabschnitt mit einer inneren Klemmfläche aufweist. Der schaltbare Freilauf weist ferner einen Innenring mit der Klemmfläche des Gehäuseab schnitts zugewandten Klemmrampen auf. In dem Freilauf sind in einem Spaltraum zwischen den Klemmrampen und den Klemmflächen paarweise angeordnete Klemm körper positioniert, welche über eine von Federelementen ausgeübte Federkraft in ih rer den Gehäuseabschnitt in beide Drehrichtungen klemmenden Klemmposition ge halten sind. Dabei sind zwei Schaltringe mit über den Umfang verteilten Schaltfingern vorgesehen, die über Stellmittel derart entgegengesetzt zueinander verdreht werden können, dass alle Klemmkörper aus ihrer Klemmposition lösbar und die Drehbarkeit des Gehäuseabschnitts gleichzeitig in beide Drehrichtungen freischaltbar ist. From DE 10 2009 051 074 A1 a switchable freewheel is known which has a rotatably mounted housing section with an inner clamping surface. The switchable freewheel also has an inner ring with the clamping surface of the housing section facing clamping ramps. In the freewheel are positioned in a gap between the clamping ramps and the clamping surfaces in pairs arranged clamping bodies, which are held ge via a spring force exerted by spring elements in ih rer the housing portion in both directions of rotation clamping position. There are two shift rings with shift fingers distributed over the circumference provided, which can be rotated opposite to each other via adjusting means in such a way that all clamping bodies can be released from their clamping position and the rotatability of the housing section can be released simultaneously in both directions of rotation.
Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch, dass der Verstellmechanismus und der zur Verstellung notwendige Aktuator vergleichsweise komplex sind. Weiterhin ist mit die ser Lösung kein Verstellen in einem voll rotativen System möglich, bei dem sich so wohl der Innenring als auch der Außenring drehen. However, the disadvantage of this solution is that the adjustment mechanism and the actuator required for adjustment are comparatively complex. Furthermore, with this solution, no adjustment is possible in a fully rotating system in which both the inner ring and the outer ring rotate.
Die in DE 618 767 A und US 2005/0236246 A1 offenbaren in beide Drehrichtungen schaltbare Freilaufkupplungen, über welche durch Klemmen von Klemmkörpern eine drehfeste Verbindung zwischen zwei Wellen bzw. einer Welle und einem Gehäuse herstellbar ist. Die Klemmkörper sind in einem Käfig geführt. Außerdem weist die je weilige Freilaufkupplung eine Reibkupplung mit zwei Bremsflächen auf, von denen ei ne mit einer Welle und die andere mit dem Käfig verbunden ist. Durch Betätigung der Reibkupplung werden die Bremsflächen gegeneinander in Kontakt gebracht und die Klemmkörper aus einer Freilaufstellung in eine Sperrsteilung gebracht. DE 618 767 A and US 2005/0236246 A1 disclose overrunning clutches which can be switched in both directions of rotation and via which a non-rotatable connection between two shafts or a shaft and a housing can be established by clamping clamping bodies. The clamp bodies are guided in a cage. In addition, the respective overrunning clutch has a friction clutch with two braking surfaces, one of which is connected to a shaft and the other to the cage. By actuating the friction clutch, the braking surfaces are brought into contact with one another and the clamping bodies are brought from a free-wheeling position into a locking pitch.
In DE 1 176 936 A ist eine unter Last schaltbare Klemmrollen-Freilaufkupplung offen bart, deren Klemmkörper paarweise radial übereinander angeordnet und dabei radial durch einen elastischen Schaltring voneinander getrennt sind. Über Verdrehen des Schaltringes lässt sich die Kupplung sowohl lösen als auch die Klemmrichtung der Freilaufkupplung ändern. DE 1 176 936 A discloses a clamping roller overrunning clutch which can be switched under load, the clamping bodies of which are arranged in pairs radially one above the other and are separated from one another radially by an elastic switching ring. The clutch can be released and the clamping direction of the overrunning clutch changed by turning the switching ring.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen alternativen Aktuator für einen schaltbaren Frei lauf vorzuschlagen, welcher über eine axiale Kraft betätigbar ist und den Freilauf da bei zwischen zwei unterschiedlichen Betriebszuständen umschaltet. The object of the invention is to propose an alternative actuator for a switchable freewheel which can be actuated via an axial force and which switches the freewheel between two different operating states.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Aktuator zur axialen Betätigung ei nes schaltbaren Freilaufs, umfassend einen Aktuatorring, an dem aus einer Grundflä che des Aktuatorrings vorstehende Aktuierungselemente und Führungsstifte zur Auf- nahme einer Rückstellfeder ausgebildet sind, gelöst. Der Aktuatorring steht mit einem Käfig in Wirkverbindung, wobei der Käfig Ausnehmungen aufweist, in welchen Reibe lemente aufgenommen sind. Dabei bewirken die Aktuierungselemente bei einer axia len Verschiebung des Aktuatorrings in Richtung des Käfigs eine Verformung der Reib elemente, derart, dass ein Kontakt, insbesondere eine kraftschlüssige oder form schlüssige Verbindung, zwischen dem Reibelement und einem den Käfig in radialer Richtung umgebenden Bauteil gelöst oder hergestellt wird. Durch einen erfindungs gemäßen Aktuator kann ein Schaltvorgang sowohl ohne Last als auch unter Last er folgen. Durch eine Betätigung des Aktuators wird der Aktuatorring in Richtung des Kä figs verschoben und drückt die Reibelemente über die Aktuierungselemente zusam men, so dass diese Reibelemente nicht mehr in Kontakt mit einem Außenring des Freilaufs stehen. Dadurch wird kein Drehmoment mehr vom Außenring auf den Käfig übertragen, wodurch eine offene Kupplung entsteht. Die Schaltung erfolgt im Stillstand ohne zeitlichen Versatz oder unter Drehzahl, nachdem der Freilauf drehmomentenfrei ist und die aktiven Klemmrollen aus der Klemmung gehen. Dabei wird der Käfig des schaltbaren Freilaufs über die Zentrierfedern in eine Mittenstellung, bezogen auf die Klemmrampen am Innenring, gedreht. Erst jetzt ist der Antriebstrang vom Antrieb ge trennt. According to the invention, this object is achieved by an actuator for the axial actuation of a switchable freewheel, comprising an actuator ring on which actuating elements and guide pins protruding from a base surface of the actuator ring for mounting assumption of a return spring are formed, solved. The actuator ring is in operative connection with a cage, the cage having recesses in which friction elements are received. In this case, the actuation elements cause the friction elements to deform when the actuator ring is axially displaced in the direction of the cage, such that contact, in particular a non-positive or positive connection, is released or established between the friction element and a component surrounding the cage in the radial direction becomes. By means of an actuator according to the invention, a switching process can follow both under load and under load. By actuating the actuator, the actuator ring is displaced in the direction of the cage and presses the friction elements together via the actuation elements so that these friction elements are no longer in contact with an outer ring of the freewheel. This means that torque is no longer transmitted from the outer ring to the cage, which creates an open clutch. The gearshift takes place at standstill without a time offset or at speed after the freewheel is torque-free and the active pinch rollers are released. The cage of the switchable freewheel is rotated via the centering springs into a central position in relation to the clamping ramps on the inner ring. Only now is the drive train separated from the drive.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch angege benen Aktuators möglich. The features listed in the dependent claims allow advantageous improvements and further developments of the actuator specified in the independent claim.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aktuie rungselemente keilförmig oder konisch ausgebildet sind, wobei die Aktuierungsele mente in einem dem Aktuatorring zugewandten Abschnitt einen größeren Durchmes ser oder Umfang als an ihrem dem Käfig zugewandten Abschnitt aufweisen. Durch keilförmig oder konisch ausgebildete Aktuierungselemente ist auf einfache Art und Weise eine Verformung der Reibelemente möglich; dabei werden durch die konische Form oder die Keilform, die Reibelemente vorgespannt, was zu einer Verformung der Reibelemente führt. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Reibelemente durch die Aktuierungselemen te derart zusammengedrückt werden, dass eine Reibfläche an der Außenseite der Reibelemente in radialer Richtung, in Richtung des Käfigs verschoben wird. Durch die keilförmigen oder konischen Aktuierungselemente kann eine Verformung der Reibe lemente erfolgen, wodurch sich die Ausdehnung in radialer Richtung verringert. Somit kann auf einfache Art und Weise ein„Einschieben“ der Reibelemente in den Käfig er folgen, wodurch ein Spalt zwischen dem Käfig und einem den Käfig in radialer Rich tung umgebenden Außenring entsteht. In a preferred embodiment of the invention it is provided that the actuation elements are wedge-shaped or conical, the actuation elements having a larger diameter or circumference in a section facing the actuator ring than on their section facing the cage. By means of wedge-shaped or conical actuation elements, deformation of the friction elements is possible in a simple manner; The conical shape or the wedge shape pretension the friction elements, which leads to a deformation of the friction elements. It is particularly preferred if the friction elements are pressed together by the actuation elements in such a way that a friction surface on the outside of the friction elements is displaced in the radial direction, in the direction of the cage. The wedge-shaped or conical actuation elements can deform the friction elements, which reduces the expansion in the radial direction. In this way, the friction elements can be “pushed” into the cage in a simple manner, creating a gap between the cage and an outer ring surrounding the cage in the radial direction.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Aktuators ist vorgesehen, dass an dem Kä fig eine Zerfallsicherung ausgebildet ist, mit welcher ein selbstständiges Lösen des Aktuatorrings vom Käfig verhindert wird. Durch eine Zerfallsicherung kann die Monta ge des schaltbaren Freilaufs erleichtert werden. Insbesondere ermöglicht die Zerfallsi cherung eine Montage in einer Einbaulage, bei welcher der Aktuatorring ohne Zerfall sicherung aufgrund der Schwerkraft vom schaltbaren Freilauf abfallen würden. In an advantageous embodiment of the actuator it is provided that a disintegration safeguard is formed on the cage, with which an independent detachment of the actuator ring from the cage is prevented. The installation of the switchable freewheel can be made easier by disintegrating. In particular, the anti-disintegration protection enables installation in an installation position in which the actuator ring would fall off the switchable freewheel without disintegration protection due to gravity.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Zerfallsicherung in Form von Formschluss elementen ausgeführt ist, welche eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Ak tuatorring und dem Käfig hersteilen. Durch Formschlusselemente, welche auf einfache Art und Weise bei der Herstellung an dem Käfig oder dem Aktuatorring angeformt werden können, kann die Zerfallsicherung besonders einfach und preisgünstig herge stellt werden. Zudem kann über die Zerfallsicherung ein Anschlag für den Aktuatorring ausgebildet werden, um den Verstellweg für den Aktuator zu begrenzen. It is particularly preferred if the anti-disintegration device is designed in the form of form-fitting elements which establish a form-fitting connection between the actuator ring and the cage. By means of form-fit elements, which can be molded onto the cage or the actuator ring in a simple manner during manufacture, the anti-disintegration device can be manufactured in a particularly simple and inexpensive manner. In addition, a stop for the actuator ring can be formed via the anti-disintegration device in order to limit the adjustment path for the actuator.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Aktuators ist vorgesehen, dass die Reib schlusselemente als Omega-Federn ausgeführt sind, welche in Taschen des Käfigs formschlüssig aufgenommen sind. Durch eine Feder in Form des griechischen Buch staben Omega, kann auf einfache und kostengünstige Art ein Reibelement ausgebil det werden, welches sich durch die Aktuierungselemente entsprechend verformen lässt. Dabei kann gezielt eine Vorspannung eingestellt werden, mit welcher die Ome ga-Feder im unbelasteten Ausgangszustand gegen den Außenring drückt. Erfindungsgemäß wird ein schaltbarer Freilauf mit einem Außenring, einem relativ zum Außenring verdrehbaren Innenring sowie mit einem Käfig vorgeschlagen, welcher zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnet ist. Der schaltbare Freilauf umfasst mindestens ein Klemmkörperpaar, welches durch eine Feder verbunden ist, wobei an einem der Ringe, insbesondere am Innenring, mindestens eine Klemmram pe für einen Klemmkörper ausgebildet ist, welche in radialer Richtung in Richtung des Käfigs über die Grundfläche des jeweiligen Rings vorsteht. Dabei ist ein erfindungs gemäßer Aktuator vorgesehen, wobei die Reibelemente in einer ersten Schaltstellung des Aktuators an dem Außenring anliegen und in einer zweiten Schaltstellung des Ak tuators vom Außenring getrennt sind. Wird der Käfig aufgrund einer Drehzahldifferenz zwischen dem Außenring und dem Innenring verdreht, kann der Freilauf in Drehrich tung Moment übertragen. In dieser Position wird der Käfig des schaltbaren Freilaufs in Drehrichtung des Außenrings relativ zum Innenring verdreht. Dabei werden die In an advantageous embodiment of the actuator it is provided that the frictional connection elements are designed as omega springs which are positively received in pockets of the cage. By means of a spring in the form of the Greek letters Omega, a friction element can be designed in a simple and inexpensive manner, which can be deformed accordingly by the actuation elements. A pretension can be set with which the omega spring presses against the outer ring in the unloaded initial state. According to the invention, a switchable freewheel with an outer ring, an inner ring that can be rotated relative to the outer ring and with a cage is proposed, which is arranged between the outer ring and the inner ring. The switchable freewheel comprises at least one pair of clamping bodies, which is connected by a spring, with at least one clamping rim for a clamping body being formed on one of the rings, in particular on the inner ring, which protrudes in the radial direction towards the cage over the base of the respective ring . In this case, an actuator according to the invention is provided, the friction elements resting against the outer ring in a first switching position of the actuator and being separated from the outer ring in a second switching position of the actuator. If the cage is rotated due to a speed difference between the outer ring and the inner ring, the freewheel can transmit torque in the direction of rotation. In this position, the cage of the switchable freewheel is rotated in the direction of rotation of the outer ring relative to the inner ring. The
Klemmkörper derart zu den Klemmrampen positioniert, dass sich eine Sperrwirkung ergibt. Dadurch können die Klemmkörper mit dem Außenring in Klemmung gehen und ein Moment übertragen. Die entgegengesetzten Rampen werden gleichzeitig bei der Schaltung gesperrt, sodass die Klemmkörper auf eine Parkposition gebracht werden und am Innenring anliegen. Bei einer Drehrichtungsumkehr werden die entgegenge setzten Rampen freigegeben und die aktuellen Rampen gesperrt. Somit kann der schaltbare Freilauf in beide Richtungen sperren. Clamping body positioned in relation to the clamping ramps in such a way that there is a locking effect. As a result, the clamp bodies can clamp with the outer ring and transmit a moment. The opposite ramps are blocked at the same time when switching, so that the sprags are brought to a parking position and rest on the inner ring. When the direction of rotation is reversed, the opposite ramps are released and the current ramps are blocked. This means that the switchable freewheel can lock in both directions.
In einer bevorzugten Ausführungsform des schaltbaren Freilaufs ist vorgesehen, dass eine Reibfläche der Reibelemente im unbetätigten Ausgangszustand an einer Innen fläche des Außenrings anliegt und die Reibelemente durch eine axiale Verschiebung des Aktuatorrings derart zusammengedrückt werden, dass ein Kontakt zwischen den Reibelementen und dem Außenring gelöst wird. Durch das Zusammendrücken der Reibelemente, insbesondere der Omega-Federn kann ein Spalt zwischen dem Reibe lement und dem Außenring erzeugt werden, was zu einem Zentrieren des Käfigs be zogen auf den Innenring führt. Anschließend werden die Klemmkörper bei einem Drehzahlunterschied zwischen dem Außenring und dem Innenring nicht mitgenom men und der Freilauf kann frei drehen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein, eine axiale Verschiebung des Aktuatorrings bewirkendes Stellelement vorgesehen ist, wel ches bei einer Aktivierung eine lineare Verschiebung des Aktuatorrings in Richtung des Käfigs bewirkt. Durch ein in axialer Richtung wirkendes lineares Stellelement, kann auf vergleichsweise einfache und kostengünstige Art und Weise eine Schaltung des schaltbaren Freilaufs erfolgen. Dabei erfolgt durch eine Aktivierung des Stellele ments eine axiale Verschiebung des Aktuatorrings in Richtung des Käfigs, wodurch die Reibelemente zusammengedrückt werden und ein Spalt zwischen den Reibele menten und dem Außenring entsteht. In a preferred embodiment of the switchable freewheel it is provided that a friction surface of the friction elements rests against an inner surface of the outer ring in the unactuated initial state and the friction elements are compressed by an axial displacement of the actuator ring in such a way that contact between the friction elements and the outer ring is released. By compressing the friction elements, in particular the omega springs, a gap can be created between the friction element and the outer ring, which leads to a centering of the cage be related to the inner ring. The sprags are then not entrained if there is a speed difference between the outer ring and the inner ring and the freewheel can rotate freely. In a preferred embodiment of the invention it is provided that an adjusting element causing an axial displacement of the actuator ring is provided which, when activated, causes a linear displacement of the actuator ring in the direction of the cage. By means of a linear actuating element acting in the axial direction, the switchable freewheel can be switched in a comparatively simple and inexpensive manner. Activation of the Stellele element causes an axial displacement of the actuator ring in the direction of the cage, whereby the friction elements are compressed and a gap is created between the Reibele elements and the outer ring.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der schalt bare Freilauf als ein voll rotatives System ausgeführt ist, bei dem sich sowohl der Au ßenring als auch der Innenring im Betrieb drehen können. Durch den vorgeschlage nen Aktuator ist auch bei einem solchen schaltbaren Freilauf ein Umschalten zwi schen den unterschiedlichen Betriebsmodi möglich. In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the switchable freewheel is designed as a fully rotative system in which both the outer ring and the inner ring can rotate during operation. The proposed actuator enables switching between the different operating modes even with such a switchable freewheel.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn an dem Aktuatorring Führungsstifte ausgebildet sind, auf welchen Rückstellfedern aufgenommen sind, wobei die Rückstellfedern an einer Stirnfläche des Käfigs anliegen und ein Rückstellen des Aktuatorrings in seine Ausgangsposition bewirken, wenn das Stellelement nicht aktiviert oder angesteuert wird. Die Rückstellfedern werden durch die Kraft des Aktuators und eine lineare Ver schiebung des Aktuatorrings zusammengedrückt. Durch eine Deaktivierung des Stell elements wird der Aktuatorring durch die Vorspannung der Rückstellfedern wieder in seine Ausgangsposition zurückgeschoben, wodurch sich die Reibschlusselemente wieder in ihre Ausgangsform verformen und an der Innenseite das Außenrings anlie gen. Somit kann wieder ein Drehmoment zwischen dem Außenring und dem Käfig übertragen werden, sodass der schaltbare Freilauf bei einem Drehzahlunterschied zwischen dem Außenring und dem Innenring wieder in seine Sperrposition geht. So mit kann ein Antriebsmoment zwischen dem Außenring und dem Innenring in beide Richtungen übertragen werden. Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinier bar. It is particularly preferred if guide pins are formed on the actuator ring, on which return springs are received, the return springs resting on an end face of the cage and causing the actuator ring to be reset to its starting position when the adjusting element is not activated or controlled. The return springs are compressed by the force of the actuator and a linear displacement of the actuator ring. By deactivating the actuating element, the actuator ring is pushed back into its original position by the preload of the return springs, whereby the frictional engagement elements are deformed again into their original shape and the outer ring rests on the inside.Thus, torque can again be transmitted between the outer ring and the cage so that the switchable freewheel returns to its locked position when there is a speed difference between the outer ring and the inner ring. In this way, a drive torque can be transmitted between the outer ring and the inner ring in both directions. The various embodiments of the invention mentioned in this application can be advantageously combined with one another, unless otherwise stated in the individual case.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Be zugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigen: The invention is explained below on the basis of preferred embodiments with reference to the accompanying figures. The same components or components with the same function are identified with the same reference symbols. Show:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators sowie ei nes schaltbaren Freilaufs mit einem solchen Aktuator in einer Explosi onsdarstellung. Fig. 1 shows an embodiment of an actuator according to the invention and a switchable freewheel with such an actuator in an explosion onsdarstellung.
Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Aktuator sowie einen Innenring und einen Fig. 2 an actuator according to the invention and an inner ring and a
Außenring eines Freilaufs in einer Explosionsdarstellung; Outer ring of a freewheel in an exploded view;
Fig. 3 einen schaltbaren Freilauf in einer Seitenansicht; und 3 shows a switchable freewheel in a side view; and
Fig. 4 eine Schnittdarstellung sowie eine dreidimensionale Darstellung eines schaltbaren Freilaufs mit einem erfindungsgemäßen Aktuator. 4 shows a sectional illustration and a three-dimensional illustration of a switchable freewheel with an actuator according to the invention.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen schaltbaren Freilaufs 1 mit einem Aktuator und einer automatischen Zentriereinrichtung 1 1 , 12 dargestellt.In Fig. 1, an embodiment of a switchable freewheel 1 according to the invention with an actuator and an automatic centering device 1 1, 12 is shown.
Der schaltbare Freilauf 1 umfasst einen Außenring 2 und einen Innenring 7, welche relativ zueinander verdrehbar sind. Der schaltbare Freilauf 1 umfasst ferner einen Kä fig 3, welcher in radialer Richtung zwischen dem Innenring 7 und dem Außenring 2 angeordnet ist und mehrere Klemmkörperpaare 5, 6, führt. Dabei umfasst jedes Klemmkörperpaar 5, 6 einen ersten Klemmkörper 5, insbesondere eine erste Klemm rolle, und einen zweiten Klemmkörper 6, insbesondere eine zweite Klemmrolle, wel che über eine Feder 4 miteinander verbunden sind. Alternativ können die Klemmkör- per auch über einzelne Federn 4 am Käfig 3 abgestützt sein. An dem Innenring 7 sind mehrere Klemmrampen 8, 22, welche von einer Grundfläche des Innenrings 7 radial nach außen vorstehen, ausgebildet. Zwischen den Klemmrampen 8, 22 sind an einer Anschlagkontor 23 jeweils zwei weitere Rampen 9, 10 ausgebildet, welche ein Klem men der Klemmkörper 5,6 entgegengesetzt zu ihrer Klemmrichtung, also in Freilauf richtung, verhindern. Der schaltbare Freilauf 1 umfasst ferner mehrere Zentrierfedern 1 1 , welche mittels eines Zentrierfederhalters 12 an dem Innenring 7 befestigbar sind. Die Zentrierfedern 1 1 werden in axialer Richtung zwischen dem Innenring 7 und dem Zentrierfederhalteblech 12 angeordnet, wobei sie vorzugsweise formschlüssig in Nu ten am Zentrierfederhalteblech 12 aufgenommen sind. An dem Käfig 3 sind Dome an geformt, an welchen die Endabschnitte der Zentrierfedern 1 1 anliegen und somit eine Zentrierung des Käfigs 3 relativ zum Innenring 7 ermöglichen. The switchable freewheel 1 comprises an outer ring 2 and an inner ring 7, which can be rotated relative to one another. The switchable freewheel 1 also includes a cage 3, which is arranged in the radial direction between the inner ring 7 and the outer ring 2 and several pairs of clamping bodies 5, 6, leads. Each pair of clamping bodies 5, 6 comprises a first clamping body 5, in particular a first clamping roller, and a second clamping body 6, in particular a second clamping roller, which are connected to one another via a spring 4. Alternatively, the clamping body be supported by individual springs 4 on the cage 3. A plurality of clamping ramps 8, 22, which protrude radially outward from a base surface of the inner ring 7, are formed on the inner ring 7. Between the clamping ramps 8, 22 two further ramps 9, 10 are formed on a stop contour 23, which prevent a Klem men of the clamping bodies 5,6 opposite to their clamping direction, ie in the freewheeling direction. The switchable freewheel 1 further comprises a plurality of centering springs 1 1, which can be fastened to the inner ring 7 by means of a centering spring holder 12. The centering springs 1 1 are arranged in the axial direction between the inner ring 7 and the centering spring retaining plate 12, and they are preferably received in a form-fitting manner in grooves on the centering spring retaining plate 12. On the cage 3 domes are formed on which the end sections of the centering springs 1 1 rest and thus enable the cage 3 to be centered relative to the inner ring 7.
Der Aktuator umfass einen Aktuatorring 13, an welchem aus einer Grundfläche des Aktuatorrings 13 vorstehende Aktuierungselemente 14 angeformt sind. Ferner sind an dem Aktuatorring 13 Führungsstifte 15 zur Aufnahme von Rückstellfedern 20 ausge bildet. Dabei sind die Aktuierungselemente 14 und die Führungsstifte 15 vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Aktuatorrings 13 angeordnet. An dem Käfig 3 sind Ausnehmungen 21 ausgebildet, in welchen Reibelemente 16, vorzugsweise Omega- Federn 17, eingesetzt sind. Dabei werden die Reibelemente 16 formschlüssig in dem Käfig 3 aufgenommen, um ein Verrutschen der Reibelemente 16 zu verhindern. Fer ner sind an dem Käfig 3 in axialer Richtung aus dem Käfig 3 vorstehende Form schlusselemente 19 ausgebildet, welche in Öffnungen in dem Aktuatorring 13 einras ten können und als Zerfallsicherung 18 dienen. The actuator comprises an actuator ring 13, on which actuating elements 14 protruding from a base area of the actuator ring 13 are formed. Furthermore, 13 guide pins 15 for receiving return springs 20 are formed on the actuator ring. The actuation elements 14 and the guide pins 15 are preferably arranged uniformly over the circumference of the actuator ring 13. Recesses 21 are formed on the cage 3, in which friction elements 16, preferably Omega springs 17, are inserted. The friction elements 16 are received positively in the cage 3 in order to prevent the friction elements 16 from slipping. Fer ner interlocking elements 19 projecting axially out of the cage 3 are formed on the cage 3, which can snap into openings in the actuator ring 13 and serve as disintegration protection 18.
In Fig. 2 ist eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Aktuators für einen schaltbaren Freilauf 1 dargestellt, welcher mit einem Außenring 2 des Freilaufs 1 in Wirkverbindung treten kann. Dabei weist der Aktuator einen Aktuatorring 13 auf, an welchem Aktuierungselemente 14 ausgebildet sind, welche mit den in dem Käfig 3 aufgenommenen Reibelementen 16 in Wirkverbindung treten können. Ferner sind an dem Aktuatorring 13 Führungsstifte 15 zur Aufnahme und Führung von Rückstellfe dern 20 ausgebildet, welche sich an einer Stirnfläche des Käfigs 3 abstützen und den Aktuatorring 13 wieder in seine Ausgangsposition zurückbringen. Dabei bewirkt eine axiale Verschiebung des Aktuatorrings 13, dass die Aktuierungselemente in die Reib elemente 16 eingreifen und diese derart verformen, dass eine Reibfläche an den Rei belementen in radialer Richtung nach innen vorschoben wird, sodass die Reibfläche nicht mehr in Kontakt mit dem Außenring 2 steht. Ferner ist ein Innenring 7 dargestellt, auf welchen der Käfig 3 aufgeschoben ist. 2 shows an exploded view of an actuator according to the invention for a switchable freewheel 1, which can come into operative connection with an outer ring 2 of the freewheel 1. The actuator has an actuator ring 13 on which actuation elements 14 are formed, which can come into operative connection with the friction elements 16 accommodated in the cage 3. Furthermore, 13 guide pins 15 for receiving and guiding Rückstellfe countries 20 are formed on the actuator ring, which are supported on an end face of the cage 3 and the Bring the actuator ring 13 back into its starting position. An axial displacement of the actuator ring 13 causes the actuation elements to engage in the friction elements 16 and deform them in such a way that a friction surface on the Rei belementen is advanced inward in the radial direction so that the friction surface is no longer in contact with the outer ring 2 . Furthermore, an inner ring 7 is shown on which the cage 3 is pushed.
In Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen schaltbaren Freilaufs 1 mit einem solchen Aktuator dargestellt. Dabei ist zu erkennen, dass die Reibelemente 16 als Omega-Federn 17 ausgebildet sind und in einem unbelasteten Ausgangszustand an einer Innenseite des Außenrings 2 anliegen. Somit kann der Käfig reibschlüssig vom Außenring 2 mitgenommen werden, wenn eine Drehzahldifferenz zwischen dem Außenring 2 und dem Innenring 7 auftritt. FIG. 3 shows a sectional view of a switchable freewheel 1 according to the invention with such an actuator. It can be seen here that the friction elements 16 are designed as omega springs 17 and, in an unloaded initial state, bear against an inside of the outer ring 2. Thus, the cage can be carried along by the outer ring 2 in a frictionally locking manner if a speed difference occurs between the outer ring 2 and the inner ring 7.
In Fig. 4 ist eine weitere Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen schaltbaren Freilaufs 1 dargestellt. Dabei ist zu erkennen, dass bei einer Aktivierung des Stellele ments die Aktuierungselemente 14 in die Reibelemente 16 eingreifen und diese derart verformen, dass zwischen dem Reibelement 16 und dem Außenring 2 ein Spalt ent steht. 4 shows a further sectional view of a switchable freewheel 1 according to the invention. It can be seen that when the Stellele element is activated, the actuating elements 14 engage in the friction elements 16 and deform them in such a way that a gap is created between the friction element 16 and the outer ring 2.
Bei nicht betätigtem Aktor wird ein Drehmoment mittels Reibschluss zwischen dem Außenring 2 und den Reibelementen 16 auf den Käfig 3 übertragen. Dadurch wird der Freilauf 1 bei einer Drehzahldifferenz zwischen dem Außenring 2 und dem Innenring 7 in eine Klemmposition überführt. When the actuator is not actuated, a torque is transmitted to the cage 3 by means of frictional engagement between the outer ring 2 and the friction elements 16. As a result, the freewheel 1 is transferred into a clamping position when there is a speed difference between the outer ring 2 and the inner ring 7.
Bei betätigtem Aktor findet kein Reibschluss zwischen den Reibelementen 16 und dem Außenring 2 statt. Der Käfig 3 wird über die Zentriervorrichtung 1 1 , 12 in einer Mittenposition gehalten. Die Klemmkörper 5, 6 liegen in diesem Betriebszustand aus schließlich am Innenring 7 an und bewegen sich nicht, sodass der Käfig 3 mit der Drehzahl des Innenrings 7 mitrotiert. Somit kann der schaltbare Freilauf 1 frei drehen und es können keine Kräfte zwischen dem Innenring 7 und dem Außenring 2 übertra gen werden. When the actuator is actuated, there is no frictional engagement between the friction elements 16 and the outer ring 2. The cage 3 is held in a central position via the centering device 1 1, 12. In this operating state, the clamping bodies 5, 6 finally rest against the inner ring 7 and do not move, so that the cage 3 rotates with the speed of the inner ring 7. The switchable freewheel 1 can thus rotate freely and no forces between the inner ring 7 and the outer ring 2 can be transmitted.
Die Betätigung des Aktuators kann im Stillstand ohne Last oder im Betrieb unter Last erfolgen. Bei einer Aktivierung wird der Aktuatorring 13 in Richtung des Käfigs 3 ver schoben und drückt die Reibelemente 16 über die Aktuierungselemente 14 zusam men, so dass die Reibelemente 16 nicht mehr in Kontakt zum Außenring 2 stehen. Es wird wie bei einer geöffneten Kupplung kein Drehmoment mehr vom Außenring 2 auf den Käfig 3 übertragen. The actuator can be operated at a standstill without load or during operation under load. When activated, the actuator ring 13 is pushed ver in the direction of the cage 3 and presses the friction elements 16 together via the actuation elements 14 so that the friction elements 16 are no longer in contact with the outer ring 2. As with an open clutch, no more torque is transmitted from the outer ring 2 to the cage 3.
Für den schaltbaren Freilauf 1 bedeutet dies, dass eine Schaltung im Stillstand sofort, unter Last jedoch erst dann erfolgt, wenn das Drehmoment am Freilauf weggenom men wird und die aktiven Klemmkörper 5, 6 aus der Klemmung gehen. Ist der Käfig 3 des schaltbaren Freilaufs 1 momentenfrei, wird er durch die Zentrierfedern 1 1 automa tisch in eine Mittenposition verdreht. Die Klemmkörper 5, 6 werden dabei gleichzeitig in eine Parkposition gebracht, in welcher die Klemmkörper 5, 6 ausschließlich am In nenring 7 anliegen. Dabei haben die Klemmkörper 5, 6 keinen Kontakt mehr mit dem Außenring 2 und können somit nicht mehr klemmen. Der schaltbare Freilauf 1 kann in dieser Schaltstellung in beide Richtungen frei drehen. For the switchable freewheel 1, this means that switching takes place immediately at a standstill, but only under load when the torque on the freewheel is removed and the active clamping bodies 5, 6 become disengaged. If the cage 3 of the switchable freewheel 1 is moment-free, it is automatically rotated into a central position by the centering springs 1 1. The clamping bodies 5, 6 are simultaneously brought into a parking position in which the clamping bodies 5, 6 rest exclusively on the inner ring 7. The clamping bodies 5, 6 no longer have any contact with the outer ring 2 and can therefore no longer clamp. The switchable freewheel 1 can rotate freely in both directions in this switching position.
Vorteilhaft ist dabei, dass die Betätigungsgeschwindigkeit und Kraft des Aktuators nicht sehr hoch sein muss, da die Betätigung des Aktuators und somit die Aktivierung der Freilauffunktion schon vor der eigentlichen Schaltung erfolgen kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass bei aktivierter Freilauffunktion keine Verlustleistung erzeugt wird, da die Reibelemente 16 komplett vom Außenring 2 getrennt werden. The advantage here is that the actuation speed and force of the actuator do not have to be very high, since the actuation of the actuator and thus the activation of the freewheel function can take place before the actual shift. Another advantage is that when the freewheel function is activated, no power loss is generated, since the friction elements 16 are completely separated from the outer ring 2.
Bei nicht betätigtem Aktuator stehen die Reibelemente 16 im dauerhaften Reibschluss mit dem Außenring 2. Es kann ein Moment vom Außenring 2 zum Käfig 3 in beide Richtungen übertragen werden. Das Umschalten zwischen betätigtem Aktuator und dem Lösen kann im Stillstand oder bei einer Drehzahldifferenz zwischen dem Außen ring 2 und dem Innenring 7 erfolgen. In dieser Schaltstellung wird die Betätigung des Aktuatorrings 13 gelöst und der Aktuatorring 13 durch die Rückstellfedern 20 in axialer Richtung, weg vom Käfig 3, in seine unbelastete Ausgangsposition gedrückt. Die Reibelemente 16 werden in dieser Ausgangsposition nicht mehr über die Aktuie- rungselemente 14 zusammengedrückt und gehen wieder in Reibschluss mit dem Au ßenring 2. Somit kann in dieser Schaltstellung ein Moment vom Außenring 2 auf den Käfig 3 in beide Drehrichtungen übertragen werden, wodurch eine Kupplung ge schlossen wird. When the actuator is not actuated, the friction elements 16 are in permanent frictional engagement with the outer ring 2. A torque can be transmitted from the outer ring 2 to the cage 3 in both directions. Switching between the actuated actuator and the release can take place at standstill or when there is a speed difference between the outer ring 2 and the inner ring 7. In this switch position, the actuation of the Actuator ring 13 released and the actuator ring 13 pressed by the return springs 20 in the axial direction, away from the cage 3, into its unloaded starting position. In this starting position, the friction elements 16 are no longer compressed by the actuating elements 14 and again frictionally engage with the outer ring 2. In this switching position, a torque can be transmitted from the outer ring 2 to the cage 3 in both directions of rotation, creating a clutch is closed.
Für den schaltbaren Freilauf 1 bedeutet dies, dass die Schaltung zwischen einem ers ten Betriebszustand (Freilauf) und einem zweiten Betriebszustand (Klemmung) sofort erfolgt, wenn durch eine Drehzahldifferenz zwischen dem Außenring 2 und dem In nenring 7, der Käfig 3 relativ zum Innenring 7 verdreht wird. Dabei wird der Käfig 3 in Drehrichtung des Außenrings 2 relativ zum Innenring 7 verdreht. Dadurch kommen die jeweiligen Klemmkörper 5 an der jeweiligen Klemmrampe 8 zur Anlage und sind be reit, eine Sperrfunktion auszulösen. Die jeweiligen Klemmkörper 6 werden von dem Käfig 3 derart gehalten, dass ein Anliegen des Klemmkörpers 6 an der Klemmrampe 22 sicher verhindert wird. Somit ist eine Freilauffunktion in eine entgegengesetzte Drehrichtung ermöglicht, während der schaltbare Freilauf 1 eine Drehung in dieser Drehrichtung sperrt. Gleichzeitig werden die jeweils anderen Klemmkörper 5 oder 6 des Klemmkörperpaars 5, 6 in der Parkposition gehalten. Somit ist der schaltbare Freilauf 1 in eine erste Drehrichtung gesperrt. Bei einer Umkehr der Drehrichtung werden die jeweils anderen Klemmkörper 5 oder 6 des Klemmkörperpaares entlang der Klemmrampen 8, 22 gegen den Außenring 2 gedrückt und der Freilauf 1 sperrt in einer zweiten Drehrichtung. Gleichzeitig werden die jeweils anderen Klemmkörper 5, 6 des Klemmkörperpaars in die Parkposition gebracht. For the switchable freewheel 1, this means that the shift between a first operating state (freewheeling) and a second operating state (clamping) takes place immediately when the cage 3 is relative to the inner ring 7 due to a speed difference between the outer ring 2 and the inner ring 7 is twisted. The cage 3 is rotated in the direction of rotation of the outer ring 2 relative to the inner ring 7. As a result, the respective clamping bodies 5 come to rest on the respective clamping ramp 8 and are ready to trigger a locking function. The respective clamping bodies 6 are held by the cage 3 in such a way that the clamping body 6 is reliably prevented from resting against the clamping ramp 22. This enables a freewheel function in an opposite direction of rotation, while the switchable freewheel 1 blocks rotation in this direction of rotation. At the same time, the other clamping bodies 5 or 6 of the pair of clamping bodies 5, 6 are held in the parking position. The switchable freewheel 1 is thus blocked in a first direction of rotation. When the direction of rotation is reversed, the other clamping bodies 5 or 6 of the pair of clamping bodies are pressed along the clamping ramps 8, 22 against the outer ring 2 and the freewheel 1 locks in a second direction of rotation. At the same time, the other clamping bodies 5, 6 of the pair of clamping bodies are brought into the park position.
Der Aufbau des vorgeschlagenen Aktuators ist insoweit vorteilhaft, als dass er in ei nen schaltbaren Freilauf 1 integriert werden kann und somit Bauraum und Kosten ein gespart werden können. Weiterhin vorteilhaft ist, dass mit dieser Lösung ein Verstel len in einem voll rotativen System möglich ist, bei dem sich sowohl der Außenring 2 als auch der Innenring 7 drehen. Bezuqszeichenliste The construction of the proposed actuator is advantageous in that it can be integrated into a switchable freewheel 1 and thus installation space and costs can be saved. It is also advantageous that with this solution an adjustment is possible in a fully rotary system in which both the outer ring 2 and the inner ring 7 rotate. Reference list
Schaltbarer Freilauf Switchable freewheel
Außenring Outer ring
Käfig Cage
Feder feather
Erster Klemmkörper First clamp body
Zweiter Klemmkörper Second clamp body
Innenring Inner ring
Erste Klemmrampe First clamping ramp
Rampe ramp
Rampe ramp
Zentrierfeder Centering spring
Zentrierfederhalteblech Centering spring retaining plate
Aktuatorring Actuator ring
Aktuierungselemente Actuation elements
Führungsstifte Guide pins
Reibelement Friction element
Omega-Feder Omega spring
Zerfallsicherung Decay protection
Formschlusselement Form-fit element
Rückstellfeder Return spring
Ausnehmung Recess
Zweite Klemm rampe Second clamping ramp
Anschlagkontur Stop contour

Claims

Patentansprüche Claims
1. Aktuator zur axialer Betätigung eines schaltbaren Freilaufs (1 ) umfassend einen Aktuatorring (13), an dem aus einer Grundfläche des Aktuatorrings (13) vorste hende Aktuierungselemente (14) und Führungsstifte (15) zur Aufnahme einer Rückstellfeder (20) ausgebildet sind, sowie mit einem Käfig (3), wobei der Käfig (3) Ausnehmungen (21 ) aufweist, in welchen Reibelemente (16) aufgenommen sind, wobei die Aktuierungselemente (14) bei einer axialen Verschiebung des Aktuatorrings (13) in Richtung des Käfigs (3), eine Verformung der Reibelemen te (16) bewirken, derart, dass ein Kontakt zwischen dem Reibelement (16) und einem den Käfig (3) in radialer Richtung umgebenden Bauteil gelöst oder her gestellt wird. 1. Actuator for the axial actuation of a switchable freewheel (1) comprising an actuator ring (13) on which protruding actuating elements (14) and guide pins (15) for receiving a return spring (20) are formed from a base surface of the actuator ring (13), and with a cage (3), the cage (3) having recesses (21) in which friction elements (16) are received, the actuation elements (14) being axially displaced in the direction of the cage (3) of the actuator ring (13) ), cause deformation of the Reibelemen te (16) such that a contact between the friction element (16) and a component surrounding the cage (3) in the radial direction is released or made.
2. Aktuator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuierungsele mente (14) keilförmig oder konisch ausgebildet sind, wobei die Aktuierungs elemente (14) in einem dem Aktuatorring (13) zugewandten Abschnitt einen größeren Durchmesser oder Umfang als an ihrem dem Käfig (3) zugewandten Abschnitt aufweisen. 2. Actuator according to claim 1, characterized in that the Aktuierungsele elements (14) are wedge-shaped or conical, the actuation elements (14) in a section facing the actuator ring (13) having a larger diameter or circumference than on their cage ( 3) have facing section.
3. Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibelemente (16) durch die Aktuierungselemente (14) derart zusammengedrückt werden, dass eine Reibfläche an der Außenseite der Reibelemente (16) in radialer Rich tung in Richtung des Käfigs verschoben wird. 3. Actuator according to claim 2, characterized in that the friction elements (16) are compressed by the actuation elements (14) such that a friction surface on the outside of the friction elements (16) is moved in the radial direction Rich in the direction of the cage.
4. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Käfig (3) eine Zerfallsicherung (18) ausgebildet ist, mit welcher ein selbst ständiges Lösen des Aktuatorrings (13) vom Käfig (3) verhindert wird. 4. Actuator according to one of claims 1 to 3, characterized in that a disintegration protection (18) is formed on the cage (3), with which an automatic loosening of the actuator ring (13) from the cage (3) is prevented.
5. Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerfallsicherung (18) in Form von Formschlusselementen (19) ausgeführt ist, welche eine form- schlüssige Verbindung zwischen dem Aktuatorring (13) und dem Käfig (3) her steilen. 5. Actuator according to claim 4, characterized in that the anti-disintegration device (18) is designed in the form of form-fitting elements (19) which have a positive Establish a positive connection between the actuator ring (13) and the cage (3).
6. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibschlusselemente (16) als Omega-Federn (17) ausgeführt sind, welche in Taschen des Käfigs (3) formschlüssig aufgenommen sind. 6. Actuator according to one of claims 1 to 5, characterized in that the frictional engagement elements (16) are designed as omega springs (17) which are positively received in pockets of the cage (3).
7. Schaltbarer Freilauf (1 ) mit einem Außenring (2) sowie einem relativ zum Au ßenring (2) verdrehbaren Innenring (7), mit einem Käfig (3), weicher zwischen dem Außenring (2) und dem Innenring (7) angeordnet ist, sowie mit mindestens einem Klemmkörperpaar (5, 6), welches durch eine Feder (4) verbunden ist oder sich über Federn (4) am Käfig (3) abstützt, wobei an einem der Ringe (2,7. Switchable freewheel (1) with an outer ring (2) and a relative to the outer ring (2) rotatable inner ring (7), with a cage (3), which is arranged between the outer ring (2) and the inner ring (7) , as well as with at least one pair of clamping bodies (5, 6) which is connected by a spring (4) or is supported on the cage (3) via springs (4), with one of the rings (2,
7) mindestens eine Klemmrampe (8, 22) für einen Klemmkörper (5, 6) ausge bildet ist, welche in radialer Richtung in Richtung des Käfigs (3) über die Grund fläche des jeweiligen Rings (2, 7) vorsteht, wobei ein Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6 vorgesehen ist, wobei die Reibelemente (16) in einer ersten Schaltstellung des Aktuators an dem Außenring (2) anliegen und in einer zwei ten Schaltstellung des Aktuators vom Außenring (2) getrennt sind. 7) at least one clamping ramp (8, 22) for a clamping body (5, 6) is formed, which protrudes in the radial direction in the direction of the cage (3) over the base surface of the respective ring (2, 7), with an actuator according to one of claims 1 to 6 is provided, wherein the friction elements (16) in a first switching position of the actuator rest against the outer ring (2) and are separated from the outer ring (2) in a second switching position of the actuator.
8. Schaltbarer Freilauf (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reibfläche der Reibelemente (16) im unbetätigten Ausgangszustand an einer Innenfläche des Außenrings (2) anliegt und die Reibelemente (16) durch eine axiale Verschiebung des Aktuators in Richtung des Käfigs (3) derart zusam mengedrückt werden, dass ein Kontakt zwischen den Reibelementen (16) und dem Außenring (2) gelöst wird. 8. Switchable freewheel (1) according to claim 7, characterized in that a friction surface of the friction elements (16) rests in the unactuated initial state on an inner surface of the outer ring (2) and the friction elements (16) by axial displacement of the actuator in the direction of the cage (3) are pressed together in such a way that contact between the friction elements (16) and the outer ring (2) is released.
9. Schaltbarer Freilauf (1 ) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein, eine axiale Verschiebung des Aktuatorrings (13) bewirkendes Stellelement vorgesehen ist, welches bei einer Aktivierung eine lineare Verschiebung des Aktuatorrings (13) in Richtung des Käfigs (13) bewirkt. 9. Switchable freewheel (1) according to claim 7 or 8, characterized in that an adjusting element causing an axial displacement of the actuator ring (13) is provided which, when activated, a linear displacement of the actuator ring (13) in the direction of the cage (13 ) causes.
10. Schaltbarer Freilauf (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Aktuatorring (13) Führungsstifte (15) ausgebildet sind, auf welchen Rück stellfedern (20) aufgenommen sind, wobei die Rückstellfedern (20) an einer Stirnfläche des Käfigs (3) anliegen und ein Rückstellen des Aktuatorrings (13) in seine Ausgangsposition bewirken, wenn das Stellelement nicht aktiviert wird. 10. Switchable freewheel (1) according to claim 9, characterized in that on the actuator ring (13) guide pins (15) are formed, on which return springs (20) are received, wherein the return springs (20) on an end face of the cage ( 3) and cause the actuator ring (13) to be reset to its starting position if the adjusting element is not activated.
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