Die Erfindung betrifft einen formschlüssigen Freilauf mit einem mit einer ersten Welle verbundenen Hohl- oder Zahnrad, auf das im Sperrzustand unter Formschlusseingriff Kupplungselemente ein Drehmoment in einer Laufrichtung übertragen, und die Kupplungselemente in Gegenrichtung in einen Freilaufzustand eintreten, wobei jedes Kupplungselement als Umlaufelement ausgebildet und zudem um eine Drehachse schwenkbar gelagert ist.

Unter einem Freilauf versteht man eine richtungsgeschaltete Kupplung, bei der der Schaltvorgang von der Richtung der relativen Drehbewegung zwischen einem Antriebsglied und einem Abtriebsglied abhängt. In einer Richtung der Relativdrehung wird dies verhindert (Sperrzustand), in der anderen Richtung nicht (Freilaufzustand). Freiläufe werden zu unterschiedlichen Einsatzmöglichkeiten gebaut, so als Rücklauf¬ sperren, z. B. bei Förderbändern, Ventilatoren und Kfz-Getrieben, Überholkupplun¬ gen bei Anlasserantrieben, Fahrradnaben. Bei Freilaufkupplungen erfolgt die Dreh¬ momentübertragung durch Sperrklinken, Klemmkörper oder Kugeln. Die Klemmkör¬ per- oder Klemmrollenfreiläufe zählen zu den so genannten kraftschlüssigen Frei¬ läufen, die sich durch eine hohe Schaltgenauigkeit auszeichnen, da sie in jeder Stel¬ lung verriegeln können. Prinzipbedingt besitzen solche Kupplungen jedoch auch den Nachteil, sehr hohe Kräfte im Kontaktbereich aufzubauen, die um einen Faktor 1/my höher sind als die drehmomentführenden Kräfte, mit my = Rei bungskoeffizient der jeweiligen Tribopaarung. Zusätzlich müssen diese Freiläufe mit sehr geringen Tole¬ ranzen gefertigt werden, da ansonsten die erforderlichen Klernmwinkel nicht hinrei¬ chend präzise eingehalten werden können.

Unter formschlüssigen Freiläufen versteht man z. B. Sperrklinkenfreiläufe, die nur an den durch die formschlüssige Geometrie vorgegebenen Positionen sperren können, somit in der Regel eine schlechtere Schaltgenauigkeit besitzen. Allerdings werden nur Kräfte in der Größenordnung der drehmomentführenden Kraft aufgebaut, wes¬ halb Sperrklinkenfreiläufe einfacher, leichter und preiswerter gefertigt werden kön¬ nen. Als nachteilig wird bei formschlüssigen Freiläufen die störende Geräuschent-

Wicklung empfunden, die beim Springen der angefederten Sperrklinken im Überhol¬ betrieb in der jeweiligen Verzahnung entstehen.

Um hier Abhilfe zu schaffen, wird in der DE 199 53 643 A1 eine formschlüssige Frei¬ laufkupplung der eingangs genannten Art vorgeschlagen.

Nach dem Stand der Technik ist es ebenfalls bekannt, Freiläufe zwischen dem Anlasser und einer Motorkurbelwelle anzuordnen, um die stillstehende Kurbelwelle des Verbrennungsmotors mit einem Anlassermotor für den Anlassvorgang so lange kuppeln zu können, bis der Verbrennungsmotor angesprungen ist und sich die Drehmomentrichtung umkehrt und/oder die Kurbelwellendrehzahl höher wird als die Starterdrehzahl. In diesen Anwendungsfällen entstehen Lastkollektive, bei denen die Zeitanteile, in denen der Kupplungs-Sperrzustand anliegt, gering sind im Vergleich zu den Zeiten, in denen die Freilauffunktion genutzt wird. Im Überholbetrieb lautloser und verschleißärmer arbeiten im Regelfall kraftschlüssige Freiläufe, da deren Kupp¬ lungselemente, nämlich Klemmkörper oder Klemmrollen im Überholbetrieb auf glat¬ ten Konturen gleiten und somit keine Geräusche und keine erhöhten Normalkräfte nach dem Überspringen von Kupplungszähnen entstehen können. Der Nachteil die¬ ser Freiläufe ist bekannt und resultiert aus den hohen Werkstoffspannungen wegen der erforderlichen Normalkraftüberhöhung bei kleinem kalkulatorischen Reibungs¬ koeffizienten my und den Hertz'schen Linienberührungen. Außerdem werden bei kraftschlüssigen Freiläufen sehr kleine Verschleiß-, Fertigungs- und Verformungsto¬ leranzen gefordert. Schließlich ist auch eine hohe Präzision hinsichtlich der Lagerung und der Planlage der Wellen notwendig.

Aus der WO 2004/063597 A1 ist ein stufenlos regelbares Getriebe bekannt, das eine Ringscheibe mit einer Umfangsnut sowie Formschlusselemente besitzt, die vorzugs¬ weise als ringförmiges Zahnprofil ausgebildet sind. In der genannten Umfangsnut werden Kupplungselemente geführt, die Formschlusselemente aufweisen, die kom¬ plementär zu den Formschlusselementen der Ringscheibe ausgebildet sind. Die Kupplungselemente durchlaufen einen das anliegende Drehmoment übertragenden Lastbogen, der sich über einen Teilkreisbogen erstreckt, und einen Leerbogen. Beim

Eintritt in den Lastbogen werden die Klemmelemente eingekuppelt, d. h. zwischen den Formschlusselementen der Ringscheibe und den korrespondierend ausgebilde¬ ten Formschlusselementen der Klemmkörper wird ein Formschlusseingriff herge¬ stellt, indem die Kupplungselemente eine Verschwenkung um eine körpereigene Achse vollziehen, die vorzugsweise parallel zu den Drehachsen der Ringscheibe und der Sternscheibe des Getriebes steht. Dieser Formschlusseingriff bleibt im Lastbo¬ gen aufrechterhalten. Beim Übergang vom Lastbogen in den Leerbogen werden die Kiemmkörper zurückgeschwenkt, wodurch der Formschlusseingriff wieder gelöst wird. Jedes Kupplungselement besitzt einen axial hervorstehenden, in einer der vor¬ gesehenen Radialführungen der Stemscheibe bewegbaren Übertragungsstift, über den die beim Durchlaufen des Lastbogens anliegende Kraft auf die Sternscheibe übertragen wird. Mit einer solchen einschnittigen Kraftübertragung kann der Aufbau des Getriebes relativ einfach gehalten werden. Auch bei diesem Getriebe lässt sich im Überholbetrieb aufgrund der Fliehkräfte der Kupplungselemente eine kurzzeitige Berührung der Verzahnungen und damit verbundene Laufgeräusche sowie ein Ver¬ schleiß nicht vermeiden.

Aufgrund dieser Nachteile werden im Pkw derzeit immer noch vorwiegend magne¬ tisch gekuppelte Ritzel verwendet, die aktiv bei Betätigung des Starters, beispiels¬ weise durch axiale Verschiebung, in Eingriff gebracht werden. Eine solche Lösung kommt jedoch nicht mehr in Betracht, wenn aus Umweltgründen sowie zur Energie¬ einsparung der Pkw-Motor automatisch bei einem kurzen Stillstand, wie z. B. einer Ampel-Rotphase, abgeschaltet und beim Wiederanfahren neu gestartet werden soll.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung den eingangs genannten Freilauf derart weiter zu entwickeln, dass eine weitestgehend geräuscharme Funktion gewährleistet ist. Insbesondere sollen Geräuschentwicklungen im Überholbetrieb vermieden wer¬ den.

Diese Aufgabe wird durch den formschlüssigen Freilauf nach Anspruch 1 gelöst.

Dieser Freilauf ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungs-

elemente bei Überschreiten einer Grenzdrehzahl entweder fliehkraftbedingt entgegen einer Anfederungskraft oder durch eine Reibungskraft bedingt, die ein in jedem Kupplungselement angeordneter Kontaktstift bei einer Gleitbewegung entlang einer Ringbahn oder ein Wälzlager bei einer Rollbewegung auf einer Ringfläche erfährt, aus dem Sperrzustand gelöst werden.

Im Kupplungseingriff werden nach der ersten Ausführungsvariante die Kupplungs¬ elemente über die Anfederung in Eingriff gehalten, so dass bei niedrigen Drehzahlen unterhalb der Grenzdrehzahl eine Drehmomentübertragung in einer Richtung statt¬ findet. Sobald eine Grenzdrehzahl überschritten wird, werden die Kupplungsele¬ mente fliehkraftbelastet aus dem Kupplungseingriff gehoben, so dass sie ohne Kon¬ takt zu den Formschlusskonturen des Hohl- oder Zahnrades geräusch- und ver¬ schleißfrei überholen können. Gegebenenfalls kann in dem Freilauf zur Begrenzung des Drehwinkels, um den die Kupplungselemente verschwenkt werden, eine Gegen¬ kontur im Sinne einer Anschlagfläche vorgesehen sein, an der die Kupplungsele¬ mente im Überholbetrieb fliehkraftbedingt anliegen.

Alternativ hierzu kann in jedem Kupplungselement ein Kontaktstift angeordnet sein, der gleitend entlang einer Ringbahn geführt wird und hierdurch eine Reibungskraft erfährt, die zum Verriegelung und Entriegeln ausgenutzt wird. Diese Reibungskraft erzeugt eine Umfangskraft, deren Vorzeichen je nach Drehrichtung des Freilaufes wechselt und die zusammen mit der Kraft des drehmomentübertragenden Stiftes ein Kräftepaar bildet, mit dem das gewünschte Verriegelungsmoment erzeugbar ist.

Ein Umschalten eines Kupplungselementes von einer entriegelten in eine verriegelte Stellung kann auch dadurch erzeugt werden, dass zylindrische, kugelige oder kege¬ lige Wälzkörper eines Wälzlagers verwendet werden, in dem die Kupplungselemente gegenüber dem jeweiligen Wälzkörper mit einer erhöhten Reibkraft beaufschlagt werden, so dass der Wälzkörper bei einer Drehung das betreffende Kupplungsele¬ ment in die jeweilige Schaltlage mitbewegt. Bedingt durch die relativ kleinen Durch¬ messer der Wälzkörper zum Durchmesser der (Wälzlager-)Ringfläche lassen sich

hohe Wälzkörper-Rotationsgeschwindigkeiten und somit schnelle Verriegelungen oder Entriegelungen der Kupplungselemente in der Hohlradverzahnung erzielen. I n dieser Ausführungsform kann das Kupplungselement einzahnig oder mehrzahnig ausgebildet sein.

Das Wälzlager kann in einer ersten Ausführungsvariante einen inneren und einen äußeren Lagerring besitzen, zwischen denen die Wälzkörper eingelegt sind. Durch eine relative Rotationsbewegung der Lagerringe werden die Wälzkörper in eine Richtung gedreht, in der die drehend mitbewegten Kupplungselemente die Freilauf¬ stellung einnehmen. Durch relative Drehung der Lagerringe in entgegengesetzter Richtung werden die Kupplungselemente aufgerichtet, wobei die Verzahnung des Kupplungselementes in einer korrespondierend ausgebildete Verzahnung eines Zahnringes oder die Verzahnung des Kupplungselementes ineinander gegenüberlie¬ gende Verzahnungen von Hohlkörpern eingreifen und hierdurch eine Verriegelung der Hohlräder bewirken.

I n einer zweiten Ausführungsvariante sind die Wälzkörper an den Enden zylindrisch oder konisch abgesetzt und rollen auf den abgesetzten Flächen in den Bohrungen eines Trägerringes. Die Wälzkörper laufen ferner auf einer Ringfläche eines Zahnrin¬ ges. Führen die Wälzkörper eine Drehbewegung aus, werden die Klemmelemente um denselben Drehwinkel verschwenkt und greifen mit ihrer Verzahnung in eine komplementär ausgebildete Verzahnung des Zahnringes, wobei das Drehmoment über die Klemmelemente in den Zahnring übertragen wird.

Bei den beiden letztgenannten Ausführungsvarianten hängt die Funktionssicherheit des Freilaufes davon ab, ob die Wälzkörper von der betreffenden Ringfläche ohne Schlupf mitgeführt werden. Hierzu wird vorzugsweise entweder eine Lagervorspan¬ nung eingestellt oder eine radiale Anfederung vorgesehen, bei der die Wälzkörper mit einem Federelement an die Ringfläche des Wälzlagers gedrückt werden. Dieses Federelement kann beispielsweise eine Blattfeder in einem Lagerkäfig oder im Trä¬ gerring sein. Eine höhere Reibung des Wälzlagers kann auch durch einen mit Über¬ maß versehenen elastischen Belag des Wälzkörpers, z. B. in Form eines Gummirin-

ges in einer Nut im Wälzkörper oder auch durch Verwendung eines Traktionsfluids, erzeugt werden.

Eine Optimierung des Schaltvorganges zwischen dem Wälzkörper und dem Klemm¬ körper lässt sich erreichen, wenn mittels eines federnden Elementes der Wälzkörper in einer Bohrung oder einer Fläche gegen den Klemmkörper gehalten wird oder wenn ein kraftschlüssiges Verriegelungselement als Wälzkörper im Klemmelement verwendet wird. Alternativ hierzu sind jegliche Formen von hydraulischen Bremsen oder Silikonbremsen möglich.

Weitere Ausführungsformen und Vorteile des formschlüssigen Freilaufes sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Vorzugsweise sind die gleitend geführten Kontaktstifte in einer Ausnehmung oder Bohrung der Kupplungselemente federbelastet gelagert, insbesondere in einer zwei¬ schnittigen Anordnung.

Nach einer weiteren Ausführungsform gleitet bzw. gleiten jeweils das überstehende freie Ende oder die überstehenden freien Enden der Kontaktstifte entlang einer Oberfläche einer Scheibe, die mit der ersten Welle oder dem Hohl- oder Zahnrad verbunden ist. Vorzugsweise durchgreifen die Stifte die Kupplungselemente in ihrem Schwerpunkt. Durch diese rotatorische Aufhängung im Schwerpunkt werden Dreh¬ momentstöße, axiale oder radialer Beschleunigungen und jede Form von Zentrifu¬ galkräften, die Ein- bzw. Ausriegelmomente auslösen können, vermieden.

Die gleitende Führung der Kontaktstifte entlang einer Seitenwand führt zu einem ent¬ sprechenden Verschleiß an der Kontaktstiftspitze. Um einen verschleißbedingten Ausfall der Kontaktstifte zu verhindern, ist nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Kontaktstifte Radialschlitze einer Ringscheibe durchragen, die beim Einriegeln mit einer Kontaktfläche reibend an einer beweglich führbaren Kontaktscheibe anliegt, so dass diese Kontaktscheibe Drehbewegungen auf die Ringscheibe und hierdurch über die Kontaktstifte auf die Klemmelemente

überträgt. Hierdurch werden Schlupf und Flächenpressung erheblich minimiert, die Triboverschleißvolumina erhöht, und die Verschleißsicherheit somit erhöht, da sich die Kontaktscheiben auf einem kleineren Radius bewegen können. Zudem werden alle Klemmelemente über eine einzige Kontaktscheibe gleichzeitig synchron bewegt.

Weiterhin vorzugsweise sind die Kupplungselemente in taschenförmigen Ausneh¬ mungen mit einer Auflauffläche und einer Anschlagfläche angeordnet und gleiten oder sperren richtungsgebunden nach Art eines Klemmkörperfreilaufes oder Klemm¬ rollenfreilaufes. Das Verriegeln und Entriegeln läuft dann zwar im Reibschluss mit den eingangs beschriebenen Nachteilen ab, jedoch ist dieser Nachteil unbedeutend, da lediglich das Riegelmornent des Kupplungselementes und nicht die drehmo¬ mentführende Umfangskraft des Freilaufes selbst im Reibschluss übertragen wird.

Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die Geometrie der Formschluss¬ konturen der Kupplungselemente sowie des Hohl- oder Zahnrades so ausgebildet, dass der Kupplungseingriff innerhalb vorgegebener Grenzen auch oberhalb der Grenzdrehzahl - bei identischer Richtung des Drehmomentschlusses und der Kupp¬ lungsrichtung - erhalten bleibt. Vorzugsweise wird eine Formschlussgeometrie gewählt, bei der ein anliegendes positives Drehmoment die Kupplungselemente auch gegen ausriegelnde Fliehkräfte im Eingriff hält. Der erfindungsgemäße Freilauf schaltet also einerseits stets auf den Freilaufbetrieb, sobald eine Drehmomentum¬ kehr stattfindet, bleibt selbsttätig außer Kontakt, sobald eine Grenzdrehzahl über¬ schritten wird, wobei die Kupplungselemente mittels einer einzigen Kupplungsunter¬ brechung aus dem Eingriff genommen worden sind und erst wieder eingekuppelt werden, nachdem eine untere Grenzdrehzahl unterschritten worden ist.

Wie bereits eingangs erwähnt, werden die Kupplungselemente vorzugsweise inner¬ halb einer Führungskontur angeordnet, durch die der Schwenkwinkel auf ein geringstmögliches Maß begrenzt wird, wobei der Schwenkwinkel eine sichere Loslö¬ sung aus dem Kupplungseingriff im Überholbetrieb gewährleistet, andererseits eine weitergehende zusätzlich Verschwenkung der Kupplungselemente durch die Füh¬ rungskontur bzw. entsprechende Anschlagflächen für die Kupplungselemente ver-

hindert wird.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind zusätzliche Konturen oder Bauelemente vorgesehen, durch die nach Überschreiten eines gewissen Überhol¬ winkels die Kupplungselemente über einen Totpunkt in die entriegelte Lage gedrückt werden, in der sie durch Fliehkraftwirkung weiter selbsttätig anliegen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können auch weitere zusätzliche Bauele¬ mente wie bistabile Federn, Kugelschnapper oder ähnliches vorgesehen sein, mit denen die Kupplungselemente über einen Totpunkt in der verriegelten und/oder ent¬ riegelten Lage gehalten werden, so dass eine schnelle Bewegung in die jeweilige Endlage an Stelle einer langsamen Übergangsbewegung erzielt wird, eine Hysterese zwischen der Ein- und Ausriegeldrehzahl erreicht wird und außerdem eine weitere Regelgröße zur Abstimmung der Freilaufparameter geschaffen wird.

Die Kupplungselemente besitzen nach einer weiteren Ausgestaltung mindestens zwei, vorzugsweise mehr als fünf Zähne. Vorzugsweise elastisch ausgebildete Kupplungselemente können erfindungsgemäß dazu dienen, eine Stoß- oder Schlagbewegung beim Einkuppeln abzufedern.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist jedes Kupplungselement einen Steuerzahn auf, der durch seine Anordnung am Kupplungselement beim Ein¬ riegeln den übrigen Zähnen des Kupplungselementes voreilt und durch seine elasti¬ sche Ausbildung, durch eine Anfederung oder durch eine externe Synchronsteue¬ rung eine Ausrichtung zur Innenverzahnung der Hohlscheibe bewirkt. Vorzugsweise besteht der Steuerzahn aus einem elastischen Werkstoff und/oder ist federn gela¬ gert. Beispielsweise kann der Steuerzahn als Blattfeder ausgebildet sein. Der Steu¬ erzahn bewirkt, dass etwaige Versetzungen des Zahnprofils des Kupplungselemen¬ tes gegenüber dem Zahnprofil der Hohlscheibe aus der Ideallage zueinander ausge¬ glichen werden, bevor die Zahnprofile sperrend in Eingriff kommen. Dies verhindert Verkantungen (und hohe Differenzgeschwindigkeiten, die entstehen durch verzö¬ gerte Entriegelvorgänge) und einen hiermit verbundenen erhöhten Zahnverschleiß.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Steuerzahn in Drehrichtung des Kupplungselementes gegenüber der Hohlscheibe im nicht sperrenden Zustand betrachtet vor dem Drehpunkt des Kupplungselementes angeordnet. Durch diese Anordnung kann der Steuerzahn nicht verkanten oder im Zahnprofil der Hohlscheibe verklemmen, da bei solchen drohenden Fehlstellungen der Steuerzahn lediglich von dem Zahnprofil der Hohlscheibe unter Drehung des Klemmkörpers weggestoßen wird. Insbesondere werden hierdurch Stellungen verm ieden, in denen die Spitze des Steuerzahnes auf einer Zahnspitze des Hohlrades zur Anlage kommt.

In einer erfindungsgemäßen bevorzugten Anwendung ist der Freilauf in einem Antriebsstrang zwischen einem Anlasser und einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges angeordnet, wobei die Kupplungselernente auf einer mit der Kurbel¬ welle verbundenen Abtriebsscheibe angeordnet sind.

Beim Motorstillstand werden die schwenkbaren Kupplungselemente durch eine Feder in den sperrenden Kupplungseingriff gebracht. Bei einer Anlasserbetätigung übertragen die Kupplungselemente das Drehmoment auf die Kurbelwelle. Auch bei einem Überschreiten der unteren Grenzdrehzahl bleiben die Kupplungselemente so lange im Eingriff wie der Motor noch nicht angesprungen ist, da die Formschlussgeo¬ metrie, d. h. die Verzahnung die Kupplungselemente auch gegen die Fliehkräfte auf¬ grund der Drehmomentrichtung in den Zahngrund drückt.

Vorzugsweise werden in den Freilauf drehelastische Bauelemente integriert, die bei einer sehr kurzzeitigen Drehmomentumkehr, z. B. einem Stotterstart des Motors eine Ausriegelung der Kupplungselemente verhindern , indem die Drehmomentum¬ kehr elastisch abgefedert wird. Nur wenn zwei Beding ungen gleichzeitig kontinuier¬ lich erfüllt sind, nämlich der Motor läuft und die untere Grenzdrehzahl überschritten ist, werden die Kupplungselemente flieh- oder reibungskraftbedingt aus dem Eingriff genommen, so dass ein vollkommen kontakt- und damit geräuschloser Überholvor¬ gang möglich ist.

Zusätzlich können auch bewegungsdämpfende Bauelemente vorgesehen sein, die den Ausriegelvorgang soweit verlangsamen, dass kurzzeitige Drehmomentwechsel, wie sie z. B. bei einem Stotterstart des Verbrennungsmotors auftreten können, nicht zum Ausriegeln der Formschlusselemente führen. Ein solches Bauelement kann bei¬ spielsweise ein zähflüssiges Silikonö! im Freilauf sein. Schließl ich wird vorzugsweise der Drehwinkel, den die erste und die weitere Welle beim Lösen aus dem Kupp¬ lungseingriff überstreichen, nicht größer gewählt als der Winkel, der sich aus der Teilung des Zahnrades oder Hohlrades ergibt, wobei die Schaltgenauigkeit des Frei¬ laufes nur von der Teilung der Verzahnung abhängt.

Der Freilauf kann nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausbildung auch so aus¬ gestaltet sein, dass die Kupplungselemente bei Überlastung sich so verformen bzw. in Teilen zerstört werden, dass sie im eingeriegelten Zustand festsitzen und damit das Versagen zu einer permanenten Kupplung und nicht zu einem permanenten Leerlauf führt.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Kupplungselernente bei Überlastung sich so verformen bzw. in Teilen zerstört werden, dass sie im ausgeriegelten Zustand festsitzen und damit das Versagen nicht zu einer permanenten Kupplung, sondern zu einem permanenten Leerlauf führt.

Weitere Ausführungsvarianten und deren Vorteile sind in den Zeichnungen darge¬ stellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipansicht eines erfindungsgemäßen Freilaufes,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine alternative Freilaufausführung,

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie A - A in Fig . 2,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Freilaufes nach Fig. 2 und 3,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Kupplungselementes,

Fig. 6 eine Explosionsdarstellung eines Freilaufes mit einer Ringscheibe mit

Radialschlitzen, durch welche die Kontaktstifte ragen, und mit einer Kontaktscheibβi

Fig.7, 8 jeweils schematische Querschnittsansichten eines Freilaufes mit einem Wälzlager zur Betätigung der Kupplungselemente in unterschiedlichen Ausführungsvarianten,

Fig. 9 eine Schnittansicht der Ansicht nach Fig. 8 und

Fig.10-13 schematische Ansichten eines Klemmkörpers mit einem Steuerzahn.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Freilaufes dar¬ gestellt, der eine Antriebsscheibe 10, die z. B. mit einer Anlasserwelle eines Pkw- Motors verbunden sein kann und ein Hohlrad mit Formschlusselementen 11 auf¬ weist. Das Zahnflankenprofil der Formschlusselemente kann symmetrisch oder asymmetrisch ausgeführt sein und entspricht dem Zahnflanken- bzw. Formschluss¬ profil der Kupplungselemente 12, die jeweils auf einem Stift 13 schwenkbar gelagert sind. Die Stifte 13 ragen aus einer Abtriebsscheibe 16 heraus, die beispielsweise mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden ist. Auf dieser Abtriebs¬ scheibe 16 sind auch Konturen 17 angeordnet, die über entsprechende Anschlagflä¬ chen den Schwenkwinkel der Kupplungselemente 12 begrenzen. Beim Auskuppeln werden die Kupplungselemente 12 - so wie an dem mit 18 bezeichneten Kupplungs¬ element dargestellt - soweit verschwenkt, dass gegenseitige Anschlagflächen 19 die Schwenkbewegung begrenzen, andererseits ein vollständiges berührungsloses Abheben der Kupplungselemente aus dem Kupplungseingriff gewährleistet ist.

Die in Fig. 1 dargestellte Anfederung 15 ist als Druckfeder mit einem Zylinderstift ausgeführt und hält das betreffende Kupplungselement 12 im Eingriff. Die Flanken der Formschlusselemente 11 stellen sicher, dass bei einem Drehmomentfluss vom

Anlasser zur Kurbelwelle, also in der gewählten Darstellung einer Laufrichtung im Uhrzeigersinn, die Kupplungselemente 12 immer im Eingriff bleiben. Sobald die Kur¬ belwelle die Abtriebsscheibe 16 (bzw. die Anlasserscheibe) überholt, werden die Kupplungselemente 12 über die Flankengeometrie aus den Formschlusselemen¬ ten 11 gehoben und drücken die Anfederung 15 zusammen. Nach Überschreiten der Grenzdrehzahl übersteigen die Fliehkräfte an der Balanceflanke 14 der Kupplungs¬ elemente 12 die Federkraft, so dass die Kupplungselemente im weiteren Lauf geräusch- und verschleißfrei ohne Berührung in der Verzahnung überholen können.

In Fig. 2 bis 5 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, bei der das Antriebs¬ element ein Hohlrad 200 mit einer Innenverzahnung 201 und ringförmigen axialen Seitenwänden 203 ist und das Abtriebselement aus einem Sternprofil 207 mit radial abstehenden Armen besteht, an deren äußeren freien Ende eine Bohrung vorgese¬ hen ist, die korrespondierend mit den Bohrungen eines Kupplungselementes 202 von einem Stift 206 als Drehachse so durchgriffen wird, dass das Kupplungselement 202 bzw. jedes Kupplungselement schwenkbar gelagert ist. Anstelle der vorbeschriebe¬ nen Anfederung 15 ist in einer Bohrung 204 ein federbelasteter Kontaktstift belastet, der seitlich aus dem Kupplungselement 202 herausragt und auf der Innenseite der Seitenwand 203 oder einer dort vorgesehenen Kontur gleitet und je nach relativer Drehung des Antriebselementes zu dem Abtriebselement das Kupplungselement 202 richtungsgebunden mit seiner Verzahnung in den Sperrzustand hinein- oder aus die¬ sem Sperrzustand herausbewegt.

Die Antriebsscheibe 20 nach Fig. 6 besitzt eine Verzahnung, die korrespondierend zu der Verzahnung eines Kupplungselementes 21 ausgebildet ist, das um eine Drehachse 22 schwenkbar gelagert ist. Kupplungsstifte 23, die außerhalb der Dreh¬ achse mit dem Kupplungselement 21 verbunden sind, ragen durch Radialschlitze 24 einer Ringscheibe 25, der eine Kontaktscheibe 26 gegenüberliegt. Kommt die Scheibe 26 durch axiale Verschiebung mit der Scheibe 25 in Kontakt, so wird bei entsprechenden Drehbewegungen die Scheibe 25 und durch den Formschluss der Kontaktstifte 23 auch der Klemmkörper bewegt. Mit dieser Anordnung ist es möglich, dass über eine einzige Kontaktscheibe 26 als Steuerelement alle Kupplungsele-

mente gleichzeitig betätigt werden können. Zudem lässt sich auf kleinem Radius ein großer Reibschluss zwischen den Scheiben 25 und 26 erzeugen.

Während in den bisher erörterten Ausführungsformen die Kupplungselemente über einen Stift 13 verschwenkbar sind, wird in Fig. 7 bis 9 eine Wälzlagerführung ver¬ wendet. Bei der Ausführungsvariante nach Fig. 7 sind in einer Hohlscheibe 30 eine Innenverzahnung und in einer weiteren Hohlscheibe 32 eine Außenverzahnung 33 vorgesehen. Zwischen diesen beiden Verzahnungen liegen Kupplungselemente 34, die als Drehachse einen Wälzkörper 35 besitzen, der form- oder reibschlüssig mit dem Kupplungselement 34 verbunden ist. Im vorliegenden Fall sorgt ein Federele¬ ment 36 für die reibschlüssige Anlage des Wälzkörpers 35 am Kupplungselement 34. Der Wälzkörper läuft zwischen einem inneren Wälzlagerring 37 und einem äußeren Wälzlagerring, die mit der Hohlscheibe 30 bzw. der Hohlscheibe 32 verbunden sind. Werden die beiden Wälzlagerringe 37 und 38 gegeneinander verdreht, werden der Wälzkörper und hiermit das Kupplungselement 34 mitgeführt. Beim Einkuppeln, d. h. bei einer Drehung im Uhrzeigersinn greifen die Zahnprofile 39 des Kupplungsele¬ mentes in die Innenverzahnung 31 bzw. Außenverzahnung 33. Die Ausführungsfor¬ men nach Fig. 8 besitzt Kupplungselemente 40, die nur an einer Seite eine Verzah¬ nung aufweisen, welche komplementär zu dem Zahnring 41 der Hohlscheibe 42 ausgebildet ist. Der Wälzkörper 35 rollt auf der Ringfläche 43 ab. Wie in Fig. 9 dar¬ gestellt, sind die Wälzkörper 35 an den Enden zylindrisch abgesetzt und rollen auf Ringflächen 44 eines Trägerringes 45 über eine Radialfeder 46 und die bereits erwähnte Blattfeder 46. Hiermit lässt sich ein hinreichender Reibschluss des Wälzla¬ gers erzeugen, um schlupffreie Schaltungen durchführen zu können.

Ein weiteres Problem, nämlich die ideale Ausrichtung der Verzahnung des Kupp¬ lungselementes zu der Hohlradverzahnung lässt sich durch Verwendung eines Steu¬ erzahnes lösen. Das Kupplungselement 50 in Fig. 10 bis 13 besitzt außer einer Ver¬ zahnung 51 , welche der korrespondierenden Verzahnung 52 eines Hohlrades ent¬ sprechend ausgebildet ist, einen Steuerzahn, der im Falle der Fig. 10 als Blattfe¬ der 53 ausgebildet ist, die mit ihrem freien Ende gegenüber der Verzahnung 51 her¬ vorsteht. Wird das Kupplungselement in Richtung des Pfeils 54 bewegt, greif

zunächst das freie Ende der Blattfeder 53 in eine Zahnlücke bzw. Zahnflanke. Durch die elastische Ausbildung des Steuerzahnes, d. h. der Blattfeder 53 wird das Kupp¬ lungselement 50 vor dem Eingreifen der Verzahnungen 51 und 52 ineinander zu einer idealen Relativlage der beiden Verzahnungen zueinander verschoben ohne Beschädigungen durch hohe Aufprallgeschwindigkeiten.

Dieselbe Ausrichtung kann mit der Anordnung nach Fig. 11 erfolgen. Hierzu wird ein aus einem elastomeren Material bestehender Steuerzahn 55 verwendet, der gege¬ benenfalls zusätzlich noch durch eine Feder 56 beaufschlagt werden kann.

Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Steuerzahn 57, der zwischen Anschlägen 58 und 59 schwenkbar beweglich ist und durch den federbeaufschlagten Druckstift 62 in der jeweiligen Position gehalten wird. Durch den gewählten Über¬ stand des freien Endes dieses Steuerzahnes 57 greift dieser zunächst in eine Zahn¬ lücke ein, bei der über die Anschläge 58 und 59 eine entsprechende synchronisierte Ausrichtung der beiden Verzahnungen 51 und 52 herbeigeführt wird.

Fig. 13 zeigt eine weitere Optimierung, die insbesondere dazu dient, einen erhöhten Verschleiß der Zahnspitze der Verzahnungen zu minimieren. Auch bei dem Kupp¬ lungselement nach Fig. 13 ist ein Steuerzahn 61 vorgesehen, der in einer Ausneh¬ mung des Kupplungselementes zwischen Anschlagflächen eingeschränkt schwenk¬ bar ist. Dieser Steuerzahn 61 liegt vor der Radialebene, die durch den Drehpunkt 60 des Kupplungselementes 50 bestimmt ist. Durch diese Lage des Steuerzahns kann ein etwaiges Verklemmen des Steuerzahns mit der Verzahnung 52 oder eine Stel¬ lung Zahnspitz-Zahnspitze wirksam vermieden werden, da bei betreffenden Fehl¬ stellungen das Kupplungselement im Bereich des Steuerzahns von der Verzah¬ nung 52 wegbewegt wird.

Bezugszeichenliste

10 Antriebsscheibe 42 Hohlscheibe

11 Formschlusselemente 43 Ringfläche

12 Kupplungselemente 44 Ringfläche

13 Stift 45 Trägerring

14 Balanceflanke 46 Radialfeder

15 Anfederung

16 Abtriebsscheibe 50 Kupplungselement

17 Konturen 51 Verzahnung

18 Kupplungselement 52 Verzahnung

19 Anschlagflächen 53 Blattfeder 0 Antriebsscheibe 54 Pfeil 1 Kupplungselement 55 Steuerzahn 2 Drehachse 56 Feder 3 Kontaktstift 57 Steuerzahn 4 Schlitze 58 Anschläge 5 Scheibe 59 Anschläge 6 Kontaktscheibe 60 Drehpunkt

61 Steuerzahn 0 Hohlscheibe 1 Innenverzahnung 200 Hohlrad 2 Hohlscheibe 201 Innenverzahpung 3 Außenverzahnung 202 Kupplungselement 4 Kupplungselement 203 axiale Seitenwände 5 Wälzkörper des Hohlrades 200 6 Federelement 204 Bohrung im Kupplungs 7 innerer Wälzlagerring element 8 äußerer Wälzlagerring 206 Stift 9 Verzahnung Kupplungselement 207 Sternprofil 0 Kupplungselemente 1 Verzahnung