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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Freilaufvorrichtung mit einem schaltbaren Freilauf, dem eine Schalteinrichtung zugeordnet ist.
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Aus der
DE 10 2011 080 599 A1 ist eine Freilaufvorrichtung mit einem schaltbaren Freilauf und einer Schalteinrichtung zum Schalten des Freilaufs bekannt. Der bekannte Freilauf weist einen ersten Laufring, einen zweiten Laufring, zwischen dem ersten und zweiten Laufring angeordnete Klemmelemente und einen Klemmelementkäfig zur Aufnahme der Klemmelemente auf, wobei der Klemmelementkäfig relativ zu dem ersten Laufring verdreht werden kann, um den Freilauf zu schalten. Mit Hilfe der Schalteinrichtung kann der Klemmelementkäfig in eine erste Drehstellung relativ zu dem ersten Laufring verdreht werden, in der der erste Laufring in einer ersten Drehrichtung relativ zu dem zweiten Laufring über die Klemmelemente mit dem zweiten Laufring in Drehmitnahmeverbindung steht. Darüber hinaus kann der Klemmelementkäfig von der Schalteinrichtung in eine zweite Drehstellung relativ zu dem ersten Laufring verdreht werden, in der der erste Laufring nicht in der ersten Drehrichtung relativ zu dem zweiten Laufring mit dem zweiten Laufring in Drehmitnahmeverbindung steht. Konstruktiv ist die Freilaufvorrichtung derart ausgelegt, dass deren Schalteinrichtung einen Schaltantrieb zum axialen, also translatorischen, Verschieben eines Stellgliedes in Form einer Schiebehülse aufweist, wobei das Stellglied drehfest mit dem Klemmelementkäfig verbunden ist. Das genannte Stellglied wird dabei über eine Schrägverzahnung geführt, so dass das axiale Verschieben des Stellgliedes gleichermaßen ein Verdrehen desselben und somit auch ein Verdrehen des Klemmelementkäfigs relativ zu dem ersten Laufring bewirkt, um den Freilauf in die entsprechende Schaltstellung zu überführen.
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Die bekannten Freilaufvorrichtungen haben sich bewährt, sind jedoch mit zwei wesentlichen Nachteilen behaftet. So ist zum einen eine relativ hohe Leistungsaufnahme seitens des Schaltantriebs erforderlich, um den Freilauf in die jeweilige Schaltstellung zu überführen und gegebenenfalls in der jeweiligen Schaltstellung zu halten. Zum anderen muss die seitens des Schaltantriebs in das System eingebrachte Kraft aufwendig umgeleitet und abgestützt werden, was einen relativ aufwendigen Aufbau der Freilaufvorrichtung erforderlich macht.
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Aus der
US 6,588,559 B2 ist eine Freilaufvorrichtung bekannt, bei der der Klemmelementkäfig mit einer ersten Komponente eines Planetenradgetriebes und der erste Laufring mit einer zweiten Komponente des Planetenradgetriebes drehfest verbunden ist, wobei die dritte Komponente durch eine Bremseinrichtung abgebremst wird, um den Freilauf zu schalten. Eine ähnliche Freilaufvorrichtung ist aus der
DE 10 2011 079 800 A1 bekannt, bei der der Klemmelementkäfig jedoch durch eine elektrische Maschine verdreht wird. Lastaufnahme beim Schalten und der Aufbau der beiden Freilaufvorrichtungen sind jedoch ebenfalls verbesserungswürdig.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Freilaufvorrichtung mit einem schaltbaren Freilauf und einer dem Freilauf zugeordneten Schalteinrichtung zum Schalten desselben zu schaffen, die einerseits ein nahezu lastfreies Schalten des Freilaufs bei gegebenenfalls reduzierter Leistungsaufnahme des zugehörigen Schaltantriebs gewährleistet und andererseits einen kompakten Aufbau aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße Freilaufvorrichtung weist einen schaltbaren Freilauf und eine Schalteinrichtung zum Schalten des Freilaufs auf. Der Freilauf weist einen ersten Laufring, einen zweiten Laufring, zwischen dem ersten und zweiten Laufring angeordnete Klemmelemente und einen Klemmelementkäfig zur Aufnahme der Klemmelemente auf. Der Klemmelementkäfig kann relativ zu dem ersten Laufring verdreht werden, um den Freilauf in die jeweilige Schaltstellung zu überführen. Bei dem ersten Laufring kann es sich sowohl um den antriebsseitigen als auch um den abtriebsseitigen Laufring des Freilaufs handeln, während der zweite Laufring in diesen Fällen den abtriebsseitigen oder antriebsseitigen Laufring des Freilaufs ausbilden würde. Darüber hinaus kann der erste Laufring bezogen auf die radiale Richtung sowohl einen innenliegenden als auch einen außenliegenden Laufring des Freilaufs ausbilden, wobei der zweite Laufring in diesen Fällen entsprechend den außenliegenden oder innenliegenden Laufring des Freilaufs ausbilden würde. Des Weiteren ist es ebenso möglich, wenn der erste und zweite Laufring in axialer Richtung unter Zwischenlage der Klemmelemente hintereinander angeordnet sind. Der Klemmelementkäfig kann mittels der Schalteinrichtung in eine erste Drehstellung relativ zu dem ersten Laufring verdreht werden, in der der erste Laufring in einer ersten Drehrichtung relativ zu dem zweiten Laufring über die Klemmelemente mit dem zweiten Laufring in Drehmitnahmeverbindung steht. Darüber hinaus kann der Klemmelementkäfig durch die Schalteinrichtung in eine zweite Drehstellung relativ zu dem ersten Laufring verdreht werden, in der der erste Laufring nicht in der ersten Drehrichtung relativ zu dem zweiten Laufring mit dem zweiten Laufring in Drehmitnahmeverbindung steht. So kann der erste Laufring in der zweiten Drehstellung des Klemmelementkäfigs relativ zu dem ersten Laufring beispielsweise in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung relativ zu dem zweiten Laufring über die Klemmelemente mit dem zweiten Laufring in Drehmitnahmeverbindung stehen. Wenngleich hier wie auch nachstehend stets allgemein von einem Verdrehen des Klemmelementkäfigs relativ zu dem ersten Laufring die Rede ist, so fallen auch Ausführungsformen darunter, bei denen der Klemmelementkäfig zwei- oder mehrteilig ausgebildet ist, wobei ein Teil des Klemmelementkäfigs relativ zu dem ersten Laufring in die jeweilige Drehstellung verdrehbar ist, während ein anderer Teil des Klemmelementkäfigs stets in einer vorbestimmten Drehstellung relativ zu dem ersten Laufring verbleibt, wie dies beispielsweise bei einem so genannten Klemmkörperfreilauf der Fall sein kann. Die Schalteinrichtung weist ferner ein erstes Planetengetriebe und ein zweites Planetengetriebe auf. Das erste Planetengetriebe weist drei erste Komponenten auf, nämlich ein erstes Sonnenrad, einen ersten Planetenradträger mit mindestens einem Planetenrad, das mit dem ersten Sonnenrad in Drehmitnahmeeingriff steht, und ein erstes Hohl- oder Zahnrad, das mit dem mindestens einen Planetenrad des ersten Planetenradträgers in Drehmitnahmeeingriff steht. Sollte anstelle des ersten Hohlrades ein Zahnrad zum Einsatz kommen, so ist dieses vorzugsweise in radialer Richtung innerhalb des mindestens einen Planetenrades des ersten Planetenradträgers angeordnet. In entsprechender Weise weist das zweite Planetengetriebe drei zweite Komponenten auf, nämlich ein zweites Sonnenrad, einen zweiten Planetenradträger mit mindestens einem Planetenrad, das mit dem zweiten Sonnenrad in Drehmitnahmeeingriff steht, und ein zweites Hohl- oder Zahnrad, das mit dem mindestens einen Planetenrad des zweiten Planetenradträgers in Drehmitnahmeeingriff steht. Sollte auch in diesem Falle anstelle eines zweiten Hohlrades ein zweites Zahnrad zum Einsatz kommen, so ist dieses vorzugsweise radial innerhalb des mindestens einen Planetenrades des zweiten Planetenradträgers angeordnet. Der erste Laufring ist mit einer der ersten Komponenten drehfest verbunden, während der Klemmelementkäfig mit einer der zweiten Komponenten drehfest verbunden ist. Eine andere der ersten Komponenten ist hingegen drehfest mit einer anderen der zweiten Komponenten verbunden. Mit anderen Worten ist diejenige der ersten Komponenten, die nicht drehfest mit dem ersten Laufring verbunden ist, drehfest mit derjenigen der zweiten Komponenten verbunden, die nicht drehfest mit dem Klemmelementkäfig verbunden ist. Unter der drehfesten Verbindung der anderen der ersten Komponenten mit der anderen der zweiten Komponenten ist hierbei vorzugsweise nicht zu verstehen, dass die andere der ersten Komponenten mittelbar über die ferner hierin genannten Komponenten des ersten und zweiten Planetengetriebes drehfest mit der anderen der zweiten Komponenten verbunden ist. Eine weitere der ersten Komponenten, also diejenige der ersten Komponenten, die weder mit dem ersten Laufring noch mit der anderen der zweiten Komponenten drehfest verbunden ist, ist ein Schaltantrieb zugeordnet, der dem Antreiben der weiteren der ersten Komponenten dient, um den schaltbaren Freilauf in die jeweilige Schaltstellung zu überführen. Alternativ oder ergänzend ist einer der weiteren der zweiten Komponenten, also derjenigen der zweiten Komponenten, die weder mit dem Klemmelementkäfig noch mit der anderen der ersten Komponenten drehfest verbunden ist, ein Schaltantrieb zugeordnet, der dem Antreiben der weiteren der zweiten Komponenten dient, um den Freilauf in die jeweilige Schaltstellung zu überführen. Ist sowohl der weiteren der ersten Komponenten als auch der weiteren der zweiten Komponenten ein Schaltantrieb zugeordnet, so handelt es sich vorzugsweise um einen gemeinsamen Schaltantrieb, der besonders bevorzugt nur eine Antriebseinheit aufweist. Unter einer Zuordnung des Schaltantriebes zu der weiteren der ersten Komponenten oder/und der weiteren der zweiten Komponenten ist zu verstehen, dass die weitere der ersten oder/und zweiten Komponenten von dem Schaltantrieb antreibbar ist, wobei das Antreiben vorzugsweise nicht mittelbar über die anderen hierin genannten Komponenten des ersten oder/und zweiten Planetengetriebes erfolgt.
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Um den Klemmelementkäfig in die zuvor erwähnte erste oder zweite Drehstellung oder jede weitere Drehstellung relativ zu dem ersten Laufring zu verdrehen, muss lediglich die weitere der ersten Komponenten oder/und die weitere der zweiten Komponenten mit Hilfe des Schaltantriebes verdreht werden. Dank des Einsatzes eines ersten und zweiten Planetengetriebes ist lediglich eine geringe Schaltkraft bzw. ein geringes Schaltmoment von dem Schaltantrieb aufzubringen. Mit anderen Worten ist ein nahezu lastfreies Verdrehen des Klemmelementkäfigs in dessen Drehstellungen relativ zu dem ersten Laufring möglich, so dass ein Schaltantrieb mit entsprechend geringer Leistungsaufnahme verwendet werden kann, der mithin klein und somit bauraumsparend ausgebildet sein kann. Darüber hinaus bedingt der Einsatz des ersten und zweiten Planetengetriebes einen besonders kompakten Aufbau der Schalteinrichtung, so dass die Freilaufvorrichtung als Ganzes wenig Bauraum beansprucht.
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Grundsätzlich können diejenigen der ersten und zweiten Komponenten, die drehfest miteinander verbunden sind, auf jedwede Weise drehfest miteinander verbunden sein. So kann die drehfeste Verbindung beispielsweise über Zwischenelemente oder Verbindungsmittel erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung sind diejenigen der ersten und zweiten Komponenten, die drehfest miteinander verbunden sind, jedoch einstückig miteinander ausgebildet, um einerseits einen einfachen, kompakten und bauraumsparenden Aufbau zu erzielen und andererseits die Fertigung der Freilaufvorrichtung zu vereinfachen. Vor diesem Hintergrund hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der erste Planetenradträger einstückig mit dem zweiten Planetenradträger ausgebildet ist, um die drehfeste Verbindung zwischen der genannten ersten und zweiten Komponente zu erzielen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung sind das erste Planetengetriebe bzw. die ersten Komponenten und das zweite Planetengetriebe bzw. die zweiten Komponenten derart ausgebildet, dass der Schaltantrieb stillsteht, wenn der erste Laufring und der Klemmelementkäfig mit derselben Drehzahl rotieren.
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Grundsätzlich können diejenigen der ersten und zweiten Komponenten, die drehfest miteinander verbunden oder einstückig miteinander ausgebildet sind, von unterschiedlichen Komponenten des ersten und zweiten Planetengetriebes gebildet sein. So ist es beispielsweise möglich, ein Sonnenrad einerseits mit einem Planetenradträger andererseits, ein Sonnenrad einerseits mit einem Hohl- oder Zahnrad andererseits oder einen Planetenradträger einerseits mit einem Hohl- oder Zahnrad andererseits drehfest zu verbinden. Hinsichtlich der Auslegung, des Aufbaus und der Fertigung ist es jedoch bevorzugt, wenn diejenigen der ersten und zweiten Komponenten, die drehfest miteinander verbunden oder einstückig miteinander ausgebildet sind, die gleichen Komponenten in dem ersten und zweiten Planetengetriebe ausbilden, wie dies in einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung der Fall ist. Im Rahmen dieser Ausführungsform kann beispielsweise das erste Sonnenrad mit dem zweiten Sonnenrad, der erste Planetenradträger mit dem zweiten Planetenradträger oder das erste Hohl- oder Zahnrad mit dem zweiten Hohl- oder Zahnrad drehfest verbunden sein. Wie bereits zuvor angedeutet, ist es hierbei von Vorteil, wenn der erste Planetenradträger drehfest mit dem zweiten Planetenradträger verbunden ist.
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Unter den gleichen Komponenten ist hierin nicht zwangsläufig zu verstehen, dass die Komponenten baugleich ausgebildet sind, vielmehr ist entscheidend, dass gleiche Komponentenarten drehfest miteinander verbunden werden oder einstückig miteinander ausgebildet sind. Dennoch ist es bei dieser Ausführungsform ferner bevorzugt, wenn die drehfest miteinander verbundenen oder einstückig miteinander ausgebildeten gleichartigen Komponenten auch im Wesentlichen baugleich ausgebildet sind, um die Fertigung der Schalteinrichtung für die erfindungsgemäße Freilaufvorrichtung deutlich zu vereinfachen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung bilden diejenigen der ersten und zweiten Komponenten, die drehfest mit dem ersten Laufring oder dem Klemmelementkäfig verbunden sind, die gleichen Komponenten in dem ersten und zweiten Planetengetriebe aus. Gemäß dieser Ausführungsform kann beispielsweise das erste Sonnenrad drehfest mit dem ersten Laufring und das zweite Sonnenrad drehfest mit dem Klemmelementkäfig, der erste Planetenradträger drehfest mit dem ersten Laufring und der zweite Planetenradträger drehfest mit dem Klemmelementkäfig oder das erste Hohl- oder Zahnrad drehfest mit dem ersten Laufring und das zweite Hohl- oder Zahnrad drehfest mit dem Klemmelementkäfig verbunden sein. Auch bei dieser Ausführungsform sind unter den gleichen Komponenten Komponenten gleicher Art zu verstehen, wobei diese nicht zwangsläufig baugleich ausgebildet sein müssen. Nichtsdestotrotz ist es bei dieser Ausführungsform bevorzugt, wenn die gleichartigen Komponenten auch im Wesentlichen baugleich ausgebildet sind, um die Fertigung zu vereinfachen. Bei dieser Ausführungsform ist es ferner bevorzugt, wenn der erste Laufring drehfest mit dem ersten Sonnenrad und der Klemmelementkäfig drehfest mit dem zweiten Sonnenrad verbunden ist, zumal hierdurch ein besonders kompakter Aufbau der Schalteinrichtung und somit der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung erreicht werden kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung ist die der ersten oder zweiten Komponente des einen Planetengetriebes, der der Schaltantrieb zugeordnet ist, gleichende zweite oder erste Komponente des anderen Planetengetriebes feststehend ausgebildet. Gemäß dieser Ausführungsform kann beispielsweise das Sonnenrad des einen Planetengetriebes dem Schaltantrieb zugeordnet und das Sonnenrad des anderen Planetengetriebes feststehend ausgebildet sein, der Planetenradträger des einen Planetengetriebes dem Schaltantrieb zugeordnet und der Planetenradträger des anderen Planetengetriebes feststehend ausgebildet sein oder das Hohl- oder Zahnrad des einen Planetengetriebes dem Schaltantrieb zugeordnet und das Hohl- oder Zahnrad des anderen Planetengetriebes feststehend ausgebildet sein. Mit anderen Worten bezeichnet die gleiche zweite oder erste Komponente hier wiederum eine Komponente gleicher Art, ohne dass dies zwingend eine Baugleichheit voraussetzt. Bei dieser Ausführungsform ist es ferner bevorzugt, wenn die der ersten oder zweiten Komponente des einen Planetengetriebes, der der Schaltantrieb zugeordnet ist, gleichende zweite oder erste Komponente des anderen Planetengetriebes gehäusefest ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die gleichartige zweite oder erste Komponente an einem ohnehin vorhandenen Gehäuse innerhalb eines Antriebsstrangs festgelegt oder gar einstückig mit diesem ausgebildet sein, wenngleich die zunächst separate Fertigung und das anschließende Festlegen am Gehäuse bevorzugt ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung ist sowohl der weiteren der ersten Komponenten als auch der weiteren der zweiten Komponenten der Schaltantrieb zugeordnet, wobei diejenigen der ersten und zweiten Komponenten, denen der Schaltantrieb zugeordnet ist, unter Erzielung unterschiedlicher Drehgeschwindigkeiten oder/und einander entgegengesetzter Drehbewegungen von dem Schaltantrieb antreibbar sind. Freilaufvorrichtungen, bei denen sowohl der weiteren der ersten Komponenten als auch der weiteren der zweiten Komponenten der Schaltantrieb zugeordnet, haben den Vorteil, dass keine feststehende oder gehäusefeste Anordnung einer der beiden genannten Komponenten erforderlich ist. Aufgrund der unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten oder/und der einander entgegengesetzten Drehbewegungen kann bei dieser Ausführungsform auch eine unterschiedliche Drehgeschwindigkeit zwischen dem ersten Laufring und dem Klemmelementkäfig erzielt werden, um den Klemmelementkäfig in die jeweilige Drehstellung relativ zu dem ersten Laufring zu verdrehen. Zu diesem Zweck kann der genannte Schaltantrieb beispielsweise eine erste Antriebseinheit, die der ersten Komponente zugeordnet ist, und eine zweite Antriebseinheit, die der zweiten Komponente zugeordnet ist, aufweisen. Bevorzugt ist jedoch die nachstehend genannte Ausführungsform.
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So weist die erfindungsgemäße Freilaufvorrichtung in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform einen Schaltantrieb mit nur einer Antriebseinheit auf, die sowohl der ersten als auch der zweiten Komponente zugeordnet ist, wobei ein erstes Übersetzungsverhältnis zwischen dem Schaltantrieb, vorzugsweise einem Antriebsritzel des Schaltantriebs, und der dem Schaltantrieb zugeordneten ersten Komponente von einem zweiten Übersetzungsverhältnis zwischen dem Schaltantrieb, vorzugsweise dem Antriebsritzel des Schaltantriebs, und der dem Schaltantrieb zugeordneten zweiten Komponente abweicht, um die zuvor erwähnte unterschiedliche Drehgeschwindigkeit zwischen denjenigen der ersten und zweiten Komponenten zu erzielen, denen der Schaltantrieb zugeordnet ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass ein Schaltantrieb mit nur einer Antriebseinheit erforderlich ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung, bei der diejenigen der ersten und zweiten Komponenten, denen der Schaltantrieb zugeordnet ist und die nicht unter Erzielung unterschiedlicher Drehgeschwindigkeiten, jedoch unter Erzielung einander entgegengesetzter Drehbewegungen von dem Schaltantrieb antreibbar sind, weicht ein erstes Übersetzungsverhältnis zwischen dem Schaltantrieb und der dem Schaltantrieb zugeordneten ersten Komponente nicht von einem zweiten Übersetzungsverhältnis zwischen dem Schaltantrieb und der dem Schaltantrieb zugeordneten zweiten Komponente ab. Es müssen lediglich einander entgegengesetzte Drehbewegungen erzielt werden, was vorzugsweise über ein Zwischenteil zur Drehbewegungsumkehr, beispielsweise ein Zwischenzahnrad, zwischen dem Schaltantrieb und der dem Schaltantrieb zugeordneten ersten Komponente oder zwischen dem Schaltantrieb und der dem Schaltantrieb zugeordneten zweiten Komponente erfolgt. Auch diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass ein Schaltantrieb mit nur einer Antriebseinheit erforderlich ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung ist/sind die dem Schaltantrieb zugeordnete erste oder/und zweite Komponente von dem ersten oder/und zweiten Hohlrad gebildet. Bei dieser Ausführungsform kann der Schaltantrieb somit platzsparend in radialer Richtung weiter außen angeordnet sein, ohne dass eine aufwendige und bauraumintensive Mechanik zur Übertragung der Stellbewegung des Schaltantriebes auf die jeweilige dem Schaltantrieb zugeordnete Komponente erforderlich ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung ist der Schaltantrieb, gegebenenfalls zumindest das Antriebsritzel des Schaltantriebs, radial außerhalb des ersten und zweiten Planetengetriebes angeordnet, um einen bauraumsparenden Aufbau und eine kurze axiale Baulänge der Freilaufvorrichtung zu erzielen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung sind die Planetengetriebe in axialer Richtung hintereinander angeordnet. Auch hierdurch wird ein besonders kompakter Aufbau der Freilaufvorrichtung erzielt, zumal diejenigen der ersten und zweiten Komponenten, die drehfest miteinander verbunden oder einstückig miteinander ausgebildet sind, auf direktem Wege miteinander gekoppelt sein können.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung steht der erste Laufring in der zweiten Drehstellung des Klemmelementkäfigs ferner nicht in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung relativ zu dem zweiten Laufring mit dem zweiten Laufring in Drehmitnahmeverbindung. Bei dieser Ausführungsform steht der erste Laufring somit in der ersten Drehrichtung relativ zu dem zweiten Laufring über die Klemmelemente mit dem zweiten Laufring in Drehmitnahmeverbindung, während der erste Laufring in der zweiten Drehstellung des Klemmelementkäfigs vollständig von dem zweiten Laufring entkoppelt ist, so dass die zweite Drehstellung bei dieser Ausführungsform auch als Neutralstellung bezeichnet werden kann.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung, die eine Alternative zu der vorangehend beschriebenen Ausführungsform darstellt, steht der erste Laufring in der zweiten Drehstellung des Klemmelementkäfigs in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung relativ zu dem zweiten Laufring über die Klemmelemente mit dem zweiten Laufring in Drehmitnahmeverbindung. Mit anderen Worten ist der erste Laufring bei dieser Ausführungsform sowohl in der ersten als auch in der zweiten Drehrichtung relativ zu dem zweiten Laufring über die Klemmelemente mit dem zweiten Laufring in Drehmitnahmeverbindung bringbar. Um auch bei dieser Ausführungsform eine vollständige Entkopplung von erstem und zweitem Laufring zu ermöglichen, ist der Klemmelementkäfig mittels der Schalteinrichtung vorzugsweise ferner in eine dritte Drehstellung verdrehbar, in der der erste Laufring weder in der ersten Drehrichtung noch in der zweiten Drehrichtung relativ zu dem zweiten Laufring mit dem zweiten Laufring in Drehmitnahmeverbindung steht.
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Um die Stellbewegung des Schaltantriebs besonders einfach und ohne einen größeren konstruktiven Aufwand zu übertragen, ist die von dem Schaltantrieb unmittelbar erzeugbare Stellbewegung in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung ausschließlich über Drehbewegungen auf die dem Schaltantrieb zugeordnete erste oder/und zweite Komponente übertragbar. Die unmittelbar von dem Schaltantrieb erzeugbare Stellbewegung kann vorzugsweise auf hydraulischem, magnetischem, elektrischem oder piezoelektrischem Wege erzeugt werden. So kann unter der von dem Schaltantrieb unmittelbar erzeugbaren Stellbewegung beispielsweise die translatorische Bewegung des Kolbens eines als Kolbenzylindereinheit ausgebildeten Schaltantriebs oder die Drehbewegung der Ausgangswelle eines als Elektromotor ausgebildeten Schaltantriebs verstanden werden. Wenngleich die von dem Schaltantrieb unmittelbar erzeugbare Stellbewegung gemäß dieser Ausführungsform grundsätzlich auch eine translatorische Bewegung sein kann, so ist es im Sinne eines vereinfachten Aufbaus der Schalteinrichtung jedoch bevorzugt, wenn die von dem Schaltantrieb unmittelbar erzeugbare Stellbewegung ebenfalls eine Drehbewegung ist. Wie bereits zuvor angedeutet, handelt es sich bei dem Schaltantrieb dabei besonders bevorzugt um einen Elektromotor.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung weist der erste Laufring eine den Klemmelementen zugewandte Lauffläche auf, die eine von einem Kreis abweichende Form aufweist. Aufgrund der Form der Lauffläche, die von einem Kreis abweicht, kann zwischen dem ersten Laufring einerseits und dem zweiten Laufring andererseits ein Klemmspalt geschaffen werden, der sich in Umfangsrichtung verjüngt, um ein Verklemmen der Klemmelemente zwischen dem ersten Laufring einerseits und dem zweiten Laufring andererseits zu ermöglichen, wobei der zweite Laufring zu diesem Zweck vorzugsweise eine den Klemmelementen zugewandte Lauffläche aufweist, die kreisförmig ausgebildet ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung sind die Klemmelemente als Klemmrollen mit kreisförmigem Umfang ausgebildet. Es sei an dieser Stelle jedoch erwähnt, dass grundsätzlich auch andere Klemmelemente, wie beispielsweise Klinken oder Klemmkörper mit einem von einem Kreis abweichenden Umfang, verwendet werden können, die Verwendung von Klemmrollen mit kreisförmigem Umfang hat sich jedoch als eine besonders vorteilhafte Lösung herausgestellt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine teilweise Seitenansicht einer Ausführungsform eines schaltbaren Freilaufs für eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung in geschnittener Darstellung,
- 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Schalteinrichtung für den Freilauf nach 1,
- 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Schalteinrichtung für den schaltbaren Freilauf nach 1,
- 4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Schalteinrichtung für den schaltbaren Freilauf nach 1,
- 5 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Schalteinrichtung für den Freilauf nach 1,
- 6 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform einer Schalteinrichtung für den Freilauf nach 1,
- 7 eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform einer Schalteinrichtung für den Freilauf nach 1,
- 8 eine schematische Darstellung einer siebten Ausführungsform einer Schalteinrichtung für den Freilauf nach 1,
- 9 eine schematische Darstellung einer achten Ausführungsform einer Schalteinrichtung für den Freilauf nach 1,
- 10 eine schematische Darstellung einer neunten Ausführungsform einer Schalteinrichtung für den Freilauf nach 1,
- 11 eine schematische Darstellung einer zehnten Ausführungsform einer Schalteinrichtung für den Freilauf nach 1 und
- 12 eine teilweise freigeschnittene, perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung.
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1 zeigt beispielhaft einen schaltbaren Freilauf 2 für eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung. Die einander entgegengesetzten axialen Richtungen 4, 6 und die einander entgegengesetzten radialen Richtungen 8, 10 des Freilaufs 2 sind anhand entsprechender Pfeile angedeutet, wobei sich die Drehachse 12 des Freilaufs 2 in den axialen Richtungen 4, 6 erstreckt.
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Der Freilauf 2 weist einen ersten Laufring 14 mit einer in radialer Richtung 8 nach außen weisenden Lauffläche 16 auf. Der erste Laufring 14 ist in der dargestellten Ausführungsform als innenliegender Laufring 14 ausgebildet. In axialer Richtung 4 oder 6 betrachtet weist die Lauffläche 16 eine von einem Kreis abweichende Form auf. Darüber hinaus weist der Freilauf 2 einen zweiten Laufring 18 auf, der den ersten Laufring 14 von außen umgibt und mithin als außenliegender Laufring 18 ausgebildet ist. Der zweite Laufring 18 weist eine in radialer Richtung 10 nach innen weisende Lauffläche 20 auf, die in axialer Richtung 4 oder 6 betrachtet kreisförmig ausgebildet ist. In radialer Richtung 8, 10 zwischen den einander zugewandten Laufflächen 16 und 20 ist ein sogenannter Klemmspalt 22 ausgebildet. In radialer Richtung 8, 10 zwischen den einander zugewandten Laufflächen 16, 20 sind Klemmelemente 24 des Freilaufs 2 in dem Klemmspalt 22 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform sind die Klemmelemente 24 als zylindrische Klemmrollen ausgebildet, die in axialer Richtung 4 oder 6 betrachtet einen kreisförmigen Umfang aufweisen, über den die Klemmrollen an der Lauffläche 16 einerseits oder/und an der Lauffläche 20 andererseits abstützbar und abrollbar sind. Der Freilauf 2 weist ferner einen Klemmelementkäfig 26 zur Aufnahme der Klemmelemente 24 auf, von denen in 1 lediglich eines angedeutet ist, wobei die Klemmelemente 24 jeweils in den radialen Richtungen 8 und 10 über den Klemmelementkäfig 26 hervorstehen. Der Klemmelementkäfig 26 kann relativ zu dem ersten Laufring 14 um die Drehachse 12 verdreht werden.
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Der Klemmelementkäfig 26 kann mit Hilfe einer Schalteinrichtung 28 relativ zu dem ersten Laufring 14 um die Drehachse 12 verdreht werden, wobei auf die verschiedenen Ausführungsformen der Schalteinrichtung 28 später näher unter Bezugnahme auf die 2 bis 11 eingegangen werden soll. Der Klemmelementkäfig 26 kann in eine erste Drehstellung relativ zu dem ersten Laufring 14 verdreht werden, in der der erste Laufring 14 in einer ersten Drehrichtung 30 relativ zu dem zweiten Laufring 18 über die Klemmelemente 24 mit dem zweiten Laufring 18 in Drehmitnahmeverbindung steht. Darüber hinaus kann der Klemmelementkäfig 26 mit Hilfe der Schalteinrichtung 28 in eine zweite Drehstellung relativ zu dem ersten Laufring 14 verdreht werden, in der der erste Laufring 14 nicht in der ersten Drehrichtung 30 relativ zu dem zweiten Laufring 18 mit dem zweiten Laufring 18 in Drehmitnahmeverbindung steht. Für die Funktionsweise des Freilaufs 2 mit dem Klemmelementkäfig 26 in der zweiten Drehstellung kommen zwei Alternativen in Frage, die nachstehend kurz umrissen werden sollen.
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Bei der ersten Alternative steht der erste Laufring 14 in der zweiten Drehstellung des Klemmelementkäfigs 26 ferner nicht in einer der ersten Drehrichtung 30 entgegengesetzten zweiten Drehrichtung 32 relativ zu dem zweiten Laufring 18 mit dem zweiten Laufring 18 in Drehmitnahmeverbindung. Bei dieser ersten Alternative kann die zweite Drehstellung mithin auch als Neutralstellung bezeichnet werden, in der die Drehbewegung des ersten Laufrings 14 vollständig von der Drehbewegung des zweiten Laufrings 18 entkoppelt ist.
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Bei der zweiten Alternative steht der erste Laufring 14 in der zweiten Drehstellung des Klemmelementkäfigs 26 in einer der ersten Drehrichtung 30 entgegengesetzten zweiten Drehrichtung 32 relativ zu dem zweiten Laufring 18 über die Klemmelemente 24 mit dem zweiten Laufring 18 in Drehmitnahmeverbindung. Bei dieser Variante können die erste und zweite Drehstellung auch als erste und zweite Sperrstellung des Klemmelementkäfigs 26 bezeichnet werden, in denen die Drehbewegung des ersten Laufrings 14 in der entsprechenden Drehrichtung 30 bzw. 32 relativ zu dem zweiten Laufring 18 mit der Drehbewegung des zweiten Laufrings 18 gekoppelt ist. Bei dieser zweiten Alternative ist es nicht zwingend erforderlich, dass der Klemmelementkäfig 26 auch eine Neutralstellung einnehmen kann, in der die Drehbewegungen des ersten Laufrings 14 und des zweiten Laufrings 18 vollständig voneinander entkoppelt sind. Nichtsdestotrotz ist es bevorzugt, wenn der Klemmelementkäfig 26 mittels der Schalteinrichtung 28 ferner in eine dritte Drehstellung relativ zu dem ersten Laufring 14 verdrehbar ist, in der der erste Laufring 14 weder in der ersten Drehrichtung 30 noch in der zweiten Drehrichtung 32 relativ zu dem zweiten Laufring 18 mit dem zweiten Laufring 18 in Drehmitnahmeverbindung steht. Bei der dritten Drehstellung des Klemmelementkäfigs 26 relativ zu dem ersten Laufring 14 kann somit wiederum von einer Neutralstellung gesprochen werden, in der die Drehbewegungen des ersten Laufrings 14 und des zweiten Laufrings 18 vollständig voneinander entkoppelt sind.
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Nachstehend soll zunächst auf den grundlegenden Aufbau der in den 2 bis 11 schematisch dargestellten Ausführungsformen der Schalteinrichtung 28 eingegangen werden, die dem Freilauf 2 nach 1 zugeordnet ist.
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Die Schalteinrichtung 28 setzt sich aus einem ersten Planetengetriebe 34 und einem zweiten Planetengetriebe 36 zusammen, die in axialer Richtung 4, 6 hintereinander und somit axial gestaffelt angeordnet sind. Das erste Planetengetriebe 34 weist drei erste Komponenten auf, nämlich ein erstes Sonnenrad 38, einen ersten Planetenradträger 40 mit mindestens einem Planetenrad 42, das mit dem ersten Sonnenrad 38 in Drehmitnahmeeingriff steht, und ein erstes Hohlrad 44, das mit dem mindestens einen Planetenrad 42 des ersten Planetenradträgers 40 in Drehmitnahmeeingriff steht. Anstelle des ersten Hohlrades 44 mit Innenverzahnung kann auch ein erstes Zahnrad 46 mit Außenverzahnung vorgesehen sein, wobei diese Ausgestaltungsvariante später näher unter Bezugnahme auf 7 erläutert werden soll. In entsprechender Weise weist das zweite Planetengetriebe 36 drei zweite Komponenten auf, nämlich ein zweites Sonnenrad 48, einen zweiten Planetenradträger 50 mit mindestens einem Planetenrad 52, das mit dem zweiten Sonnenrad 48 in Drehmitnahmeeingriff steht, und ein zweites Hohlrad 54, das über dessen Innenverzahnung mit dem mindestens einen Planetenrad 52 des zweiten Planetenradträgers 50 in Drehmitnahmeeingriff steht. Anstelle des zweiten Hohlrades 54 mit Innenverzahnung kann jedoch wiederum ein zweites Zahnrad 56 mit Außenverzahnung zum Einsatz kommen, worauf später näher unter Bezugnahme auf 7 eingegangen werden soll.
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Die Schalteinrichtung 28 weist ferner einen Schaltantrieb 58 auf. Der Schaltantrieb 58 ist in den dargestellten Ausführungsformen der Schalteinrichtung 28 nach den 2 bis 11 vorzugsweise von einem einzelnen Elektromotor gebildet. Die von dem Schaltantrieb 58 unmittelbar erzeugte Stellbewegung ist dabei eine Drehbewegung. Unter der unmittelbar von dem Schaltantrieb 58 in Form des Elektromotors erzeugbaren Stellbewegung ist hier die Rotationsbewegung der zumindest in den 4, 8 und 11 angedeuteten Ausgangswelle 60 des Schaltantriebs 58 in Form des Elektromotors zu verstehen. Die Ausgangswelle 60 ist dabei mit einem Antriebsritzel 62 drehfest verbunden. Wenngleich die Ausgangswelle 60 und das Antriebsritzel 62 in den 2, 3, 5, 6, 7, 9 und 10 aufgrund der schematischen Darstellung nicht gezeigt ist, so sind diese dennoch in den Ausführungsformen nach den genannten Figuren vorgesehen.
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Die Schalteinrichtungen 28 nach den 2 bis 11 haben die Gemeinsamkeit, dass der erste Laufring 14 des Freilaufs 2 drehfest mit einer der ersten Komponenten des ersten Planetengetriebes 34 verbunden oder gekoppelt ist. Die Verbindung oder Kopplung erfolgt jedoch nicht über eine der anderen der ersten Komponenten. Es ist in diesem Zusammenhang ferner bevorzugt, wenn der erste Laufring 14 einstückig mit der genannten ersten Komponente des ersten Planetengetriebes 34 ausgebildet ist. So ist der erste Laufring 14 in den Ausführungsformen nach den 6, 8, 9 und 11 drehfest mit dem ersten Sonnenrad 38, nach den 2, 4, 5 und 7 drehfest mit dem ersten Planetenradträger 40 und nach den 3 und 10 drehfest mit dem ersten Hohlrad 44 verbunden.
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Demgegenüber ist eine der zweiten Komponenten des zweiten Planetengetriebes 36 drehfest mit dem Klemmelementkäfig 26 verbunden oder gekoppelt, wobei auch diese Verbindung oder Kopplung nicht über die anderen zweiten Komponenten des zweiten Planetengetriebes 36 erfolgt. Auch in diesem Fall ist die genannte zweite Komponente gegebenenfalls einstückig mit dem Klemmelementkäfig 26 ausgebildet. So ist der Klemmelementkäfig 26 in den Ausführungsformen nach den 6, 8, 9 und 11 drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 48, nach den 2, 4, 5 und 7 drehfest mit dem zweiten Planetenradträger 50 und nach den 3 und 10 drehfest mit dem zweiten Hohlrad 54 verbunden.
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Die drehfest mit dem ersten Laufring 14 verbundene erste Komponente und die drehfest mit dem Klemmelementkäfig 26 verbundene zweite Komponente sind gleichartig ausgebildet. Bezogen auf die Ausführungsformen nach den 2 bis 11 bedeutet dies, dass der erste Laufring 14 drehfest mit dem ersten Sonnenrad 38 und der Klemmelementkäfig 26 drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 48 verbunden ist, wie dies den 6, 8, 9 und 11 entnommen werden kann, dass der erste Laufring 14 drehfest mit dem ersten Planetenradträger 40 und der Klemmelementkäfig 26 drehfest mit dem zweiten Planetenradträger 50 verbunden ist, wie dies den 2, 4, 5 und 7 entnommen werden kann, oder dass der erste Laufring 14 drehfest mit dem ersten Hohlrad 44 und der Klemmelementkäfig 26 drehfest mit dem zweiten Hohlrad 54 verbunden ist, wie dies den 3 und 10 entnommen werden kann. Es sei an dieser Stelle jedoch erwähnt, dass der erste Laufring 14 vorzugsweise drehfest mit dem ersten Sonnenrad 38 und der Klemmelementkäfig 26 drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 48 verbunden ist, wie dies in den 6, 8, 9 und 11 dargestellt ist, zumal hierdurch ein besonders kompakter und einfacher Aufbau erzielt werden kann, wobei die Ausführungsform nach 9 später nochmals näher unter Bezugnahme auf 12 beschrieben werden soll.
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Wenngleich dies nicht zwingend erforderlich ist, so hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die zuvor erwähnten gleichartigen ersten und zweiten Komponenten nicht nur gleichartig, sondern auch im Wesentlichen baugleich oder als Gleichteile ausgebildet sind. So sollten das erste und zweite Sonnenrad 38, 48, die Planetenräder 42, 52 des ersten und zweiten Planetenradträgers 40, 50 oder/und das erste und zweite Hohlrad 44, 54 zumindest dieselbe Dimensionierung oder/und dieselbe Zähnezahl aufweisen, um die Fertigung und Montage der Schalteinrichtung 28 der Freilaufvorrichtung zu vereinfachen.
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Eine andere der ersten Komponenten des ersten Planetengetriebes 34, also eine der ersten Komponenten, die nicht drehfest mit dem ersten Laufring 14 verbunden ist, ist ferner drehfest mit einer anderen der zweiten Komponenten des zweiten Planetengetriebes 36, also einer der zweiten Komponenten, die nicht drehfest mit dem Klemmelementkäfig 26 verbunden ist, verbunden, vorzugsweise einstückig mit dieser ausgebildet. Auch hierbei sind diejenigen der ersten und zweiten Komponenten, die drehfest miteinander verbunden oder einstückig miteinander ausgebildet sind, gleichartig ausgebildet, d. h., diese bilden die gleichen Komponenten in dem ersten und zweiten Planetengetriebe 34, 36 aus. So ist gemäß den Ausführungsformen nach den 2 bis 4 das erste Sonnenrad 38 drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 48 verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet, gemäß den 5, 6 und 8 das erste Hohlrad 44 drehfest mit dem zweiten Hohlrad 54 verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet, gemäß 7 das erste Zahnrad 46 drehfest mit dem zweiten Zahnrad 56 verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet und gemäß 9 bis 11 der erste Planetenradträger 40 drehfest mit dem zweiten Planetenradträger 50 verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet.
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Der zuvor erwähnte Schaltantrieb 58 bzw. dessen Antriebsritzel 62 ist einer weiteren der ersten Komponenten oder/und einer weiteren der zweiten Komponenten zugeordnet. Unter einer weiteren der ersten Komponenten ist hierbei diejenige der ersten Komponenten zu verstehen, die weder drehfest mit dem ersten Laufring 14 noch drehfest mit einer der zweiten Komponenten verbunden ist. In entsprechender Weise ist unter einer weiteren der zweiten Komponenten diejenige der zweiten Komponenten zu verstehen, die weder mit dem Klemmelementkäfig 26 noch mit einer der ersten Komponenten drehfest verbunden ist. Diese Variante umfasst im Wesentlichen die nachstehend näher beschriebenen drei alternativen Ausführungsformen.
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Bei der ersten alternativen Ausführungsform ist der Schaltantrieb 58 lediglich einer weiteren der ersten Komponenten, nicht aber einer weiteren der zweiten Komponenten zugeordnet. Wenngleich diese erste alternative Ausführungsform nicht in den 2 bis 11 gezeigt ist, so ist diese dennoch möglich und gegebenenfalls vorteilhaft.
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Bei der zweiten alternativen Ausführungsform ist der Schaltantrieb 58 einer weiteren der zweiten Komponenten, nicht aber einer weiteren der ersten Komponenten zugeordnet. So kann der Schaltantrieb 58 beispielsweise dem zweiten Sonnenrad 48, wie in den 5, 7 und 10 dargestellt, dem zweiten Planetenradträger 50, wie in 6 dargestellt, oder dem zweiten Hohlrad 54 zugeordnet sein, wie dies in den 2 und 9 dargestellt ist, um die entsprechende zweite Komponente 48, 50 oder 54 anzutreiben.
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Bei den zuvor beschriebenen ersten und zweiten alternativen Ausführungsformen ist es ferner von Vorteil, wenn die der ersten oder zweiten Komponente des einen Planetengetriebes 34; 36, der der Schaltantrieb 58 zugeordnet ist, gleichende zweite oder erste Komponente des anderen Planetengetriebes 36; 34 feststehend, vorzugsweise gehäusefest, ausgebildet ist, wie dies in den 2, 3, 5 bis 7 und 9 bis 10 dargestellt ist.
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Bei der zuvor erwähnten dritten alternativen Ausführungsform ist der Schaltantrieb 58 sowohl einer weiteren der ersten Komponenten als auch einer weiteren der zweiten Komponenten zugeordnet, wie dies in den 4, 8 und 11 gezeigt ist. Wie bereits zuvor angedeutet, weist die Schalteinrichtung 28 einen Schaltantrieb 58 mit lediglich einer Antriebseinheit in Form eines Elektromotors mit einem Antriebsritzel 62 auf. So treibt das Antriebsritzel 62 des Schaltantriebs 58 in den Ausführungsformen nach den 4 und 11 sowohl das erste Hohlrad 44 als auch das zweite Hohlrad 54 an, wobei das Antriebsritzel 62 zu diesem Zweck vorzugsweise in eine zusätzliche Außenverzahnung an dem ersten und zweiten Hohlrad 44, 54 eingreift. Auf diese Weise kann der Schaltantrieb 58 oder das Antriebsritzel 62 in radialer Richtung 8 weiter außen vorgesehen werden, wodurch sich die Baulänge der Schalteinrichtung 28 in axialer Richtung 4, 6 verkürzt. Alternativ ist es jedoch ebenso denkbar, wenn das Antriebsritzel 62 in die ohnehin vorhandene Innenverzahnung des ersten und zweiten Hohlrades 44, 54 eingreift, wenngleich die erstgenannte Ausführungsform bevorzugt ist. Bei der Ausführungsform nach 8 greift das Antriebsritzel 62 hingegen in eine Verzahnung, vorzugsweise Außenverzahnung, an dem ersten und zweiten Planetenradträger 40, 50 ein, um ein Antreiben der genannten ersten und zweiten Komponente bewirken zu können. Abweichend von den genannten Ausführungsformen in der dritten Alternative kann der Schaltantrieb 58 auch zwei voneinander unabhängige Antriebseinheiten oder Elektromotoren umfassen, von denen die oder der eine der ersten Komponente zugeordnet ist, während die oder der andere der zweiten Komponente zugeordnet ist. Es ist jedoch bevorzugt, wenn die erste und zweite Komponente in der dritten alternativen Ausführungsform einen Schaltantrieb 58 mit nur einer gemeinsamen Antriebseinheit aufweisen. Der wesentliche Vorteil der Ausführungsform in der dritten Alternative ist darin zu sehen, dass eine feststehende oder gehäusefeste Ausbildung der dem Schaltantrieb 58 zugeordneten ersten und zweiten Komponente nicht erforderlich ist, wodurch die Fertigung und Montage deutlich vereinfacht werden kann.
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Um bei der dritten alternativen Ausführungsform zu gewährleisten, dass der Klemmelementkäfig 26 relativ zu dem ersten Laufring 14 verdrehbar ist, sind diejenigen der ersten und zweiten Komponenten, denen der Schaltantrieb 58 mit einer gemeinsamen Antriebseinheit zugeordnet ist, unter Erzielung unterschiedlicher Drehgeschwindigkeiten von dem Schaltantrieb 58 antreibbar. Zu diesem Zweck weicht ein erstes Übersetzungsverhältnis zwischen dem Schaltantrieb 58 bzw. dem Antriebsritzel 62 und der dem Schaltantrieb 58 zugeordneten ersten Komponente von einem zweiten Übersetzungsverhältnis zwischen dem Schaltantrieb 58 bzw. dem Antriebsritzel 62 und der dem Schaltantrieb 58 zugeordneten zweiten Komponente ab. Bezogen auf die Ausführungsformen nach den 4 und 11 bedeutet dies, dass das erste Übersetzungsverhältnis zwischen dem Antriebsritzel 62 und dem ersten Hohlrad 44 von dem zweiten Übersetzungsverhältnis zwischen dem Antriebsritzel 62 und dem zweiten Hohlrad 54 abweicht, um trotz der einheitlichen Drehgeschwindigkeit des Antriebsritzel 62 unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten zwischen dem ersten und zweiten Hohlrad 44, 54 zu erzielen. Bezogen auf die Ausführungsform nach 8 bedeutet dies, dass das erste Übersetzungsverhältnis zwischen dem Antriebsritzel 62 und dem ersten Planetenradträger 40 von dem zweiten Übersetzungsverhältnis zwischen dem Antriebsritzel 62 und dem zweiten Planetenradträger 50 abweicht, um trotz der einheitlichen Drehgeschwindigkeit des Antriebsritzels 62 unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten zwischen dem ersten und zweiten Planetenradträger 40, 50 zu erzielen.
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Das unterschiedliche Übersetzungsverhältnis kann beispielsweise mit Hilfe einer Zähnezahl der Außenverzahnung an dem ersten Hohlrad 44 oder dem ersten Planetenradträger 40 erreicht werden, die von der Zähnezahl der Außenverzahnung an dem zweiten Hohlrad 54 oder dem zweiten Planetenradträger 50 abweicht. Um hierbei jedoch im Wesentlichen baugleiche erste und zweite Hohlräder 44, 54 bzw. erste und zweite Planetenradträger 40, 50 bereitstellen zu können, die die Fertigung und Montage vereinfachen, weist das Antriebsritzel 62 vorzugsweise einen der ersten Komponente zugeordneten ersten Abschnitt mit einer ersten Zähnezahl und einen der zweiten Komponente zugeordneten zweiten Abschnitt mit einer zweiten Zähnezahl auf, wobei die erste Zähnezahl von der zweiten Zähnezahl abweicht. Die entsprechende Außenverzahnung an der ersten und zweiten Komponente kann in diesem Fall im Wesentlichen baugleich ausgebildet sein.
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Alternativ oder ergänzend, vorzugsweise alternativ, zu den unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten und Übersetzungsverhältnissen in den Ausführungsformen nach den 4, 8 und 11, können diejenigen der ersten und zweiten Komponenten, denen der Schaltantrieb 58 zugeordnet ist, unter Erzielung einander entgegengesetzter Drehbewegungen von dem Schaltantrieb 58 antreibbar sein. Zur Erzielung einander entgegengesetzter Drehbewegungen wird vorzugsweise ein Zwischenteil (nicht dargestellt) zur Drehbewegungsumkehr, beispielsweise ein Zwischenzahnrad, zwischen dem Schaltantrieb 58 bzw. dem Antriebsritzel 62 und der dem Schaltantrieb 58 zugeordneten ersten Komponente oder zwischen dem Schaltantrieb 58 bzw. dem Antriebsritzel 62 und der dem Schaltantrieb 58 zugeordneten zweiten Komponente angeordnet.
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Um eine Schalteinrichtung 28 mit geringer axialer Baulänge zu schaffen, ist der Schaltantrieb 58, gegebenenfalls zumindest das Antriebsritzel 62 des Schaltantriebs 58, in radialer Richtung 8 außerhalb des ersten und zweiten Planetengetriebes 34, 36 angeordnet, wie dies in den Ausführungsformen nach den 2, 4, 9 und 11 der Fall ist. Um dies ohne größeren konstruktiven Aufwand und platzsparend realisieren zu können, ist die dem Schaltantrieb 58 zugeordnete erste oder/und zweite Komponente von dem ersten oder/und zweiten Hohlrad 44, 54 gebildet, wie dies in den Ausführungsformen nach den 2, 4, 9 und 11 umgesetzt ist.
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Bei der Ausführungsform nach 7 wird anstelle des ersten und zweiten Hohlrades 44, 54 mit Innenverzahnung ein erstes und zweites Zahnrad 46, 56 mit Außenverzahnung verwendet, die drehfest miteinander verbunden und zu diesem Zweck einstückig miteinander ausgebildet sind. Das erste und das zweite Zahnrad 46, 56 sind dabei in radialer Richtung 10 innerhalb der Planetenräder 42, 52 und koaxial zu den Sonnenrädern angeordnet. Diese Ausführungsform bietet sich an, wenn eine kurze radiale Baulänge erzielt werden soll.
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Bei allen vorangehend beschriebenen Ausführungsformen der Schalteinrichtung 28 in Verbindung mit dem Freilauf 2 von 1 sind das erste und das zweite Planetengetriebe 34, 36 derart ausgebildet bzw. aufeinander abgestimmt, dass der Schaltantrieb 58 stillsteht, wenn der erste Laufring 14 und der Klemmelementkäfig 26 mit derselben Drehzahl um die Drehachse 12 rotieren. Auch sind das erste und zweite Planetengetriebe 34, 36 im Wesentlichen baugleich ausgebildet, um die Montage und Fertigung zu vereinfachen. So sind das erste und zweite Sonnenrad 38, 48 zumindest hinsichtlich des Durchmessers und der Außenverzahnung, die Planetenräder 42, 52 des ersten und zweiten Planetenradträgers 40, 50 zumindest hinsichtlich ihres Durchmessers und ihrer Außenverzahnung oder/und das erste und zweite Hohl-/Zahnrad 44, 54; 46, 56 zumindest hinsichtlich ihres Durchmessers und ihrer Innen- bzw. Außenverzahnung baugleich ausgebildet. Aus der vorangehenden Beschreibung ist überdies ersichtlich, dass die von dem Schaltantrieb 58 unmittelbar erzeugbare Stellbewegung, bei der es sich in den dargestellten Beispielen um eine Drehbewegung handelt, ausschließlich über Drehbewegungen auf die dem Schaltantrieb 58 zugeordnete erste oder/und zweite Komponente übertragbar ist bzw. übertragen wird.
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12 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung, die im Wesentlichen der Ausführungsform nach 9 in Kombination mit 1 entspricht, so dass die vorangehende Beschreibung der Ausführungsform nach 9 in Kombination mit 1 entsprechend für die Ausführungsform nach 12 gilt, wobei in 12 gleiche oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Auch soll nachstehend im Wesentlichen auf die weiteren Merkmale nach der Ausführungsform von 12 eingegangen werden.
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Wie aus 12 ersichtlich, sind das erste und zweite Planetengetriebe 34, 36 in axialer Richtung 4 hinter dem Freilauf 2 angeordnet, so dass auch von einer axialen Staffelung von Freilauf 2 und den Planetengetrieben 34, 36 gesprochen werden kann. Dabei ist das zweite Planetengetriebe 36 in axialer Richtung 4, 6 zwischen dem ersten Planetengetriebe 34 und dem Freilauf 2 angeordnet. Grundsätzlich könnte auch der Freilauf 2 in axialer Richtung 4, 6 zwischen dem ersten Planetengetriebe 34 und dem zweiten Planetengetriebe 36 angeordnet sein, wenngleich die dargestellte Ausführungsform bevorzugt ist und einen besonders kompakten Aufbau hat. In radialer Richtung 10 innen ist eine Welle 64 vorgesehen, die als Vollwelle, Hohlwelle oder zumindest teilweise hohl ausgebildete Vollwelle ausgebildet sein kann. Das erste Sonnenrad 38 des ersten Planetengetriebes 34 ist einstückig mit der Welle 64 ausgebildet. Ausgehend von dem Abschnitt mit dem ersten Sonnenrad 38 erstreckt sich die Welle 64 in axialer Richtung 6 in Richtung des Freilaufs 2 durch das zweite Sonnenrad 48 des zweiten Planetengetriebes 36 hindurch, um einstückig mit dem innenliegenden ersten Laufring 14 des Freilaufs 2 ausgebildet zu sein. Mit anderen Worten bildet der in axialer Richtung 6 über das zweite Sonnenrad 48 des zweiten Planetengetriebes 36 hervorstehende Abschnitt der Welle 64 den ersten Laufring 14 aus, wobei die in radialer Richtung 8 nach außen weisende Seite dieses Abschnitts die Lauffläche 16 des Laufrings 14 ausbildet, an der die Klemmelemente 24 in Form der Klemmrollen abstützbar und abrollbar sind. Um dabei die von einem Kreis abweichende Form der Lauffläche 16 zu erzielen, weist die Welle 64, die im Übrigen einen kreisrunden Umfang aufweist, in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandete Abflachungen 66 auf, die beispielsweise durch entsprechenden Materialabtrag durch Fräsen oder ähnliches erzeugt worden sein können und jeweils einem der Klemmelemente 24 zugeordnet sind. Somit ist zunächst festzuhalten, dass das erste Sonnenrad 38 und der erste Laufring 14 als Teil der Welle 64 einstückig miteinander ausgebildet sind.
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Das zweite Sonnenrad 48 des zweiten Planetengetriebes 36 weist eine Zähnezahl auf, die der Zähnezahl des ersten Sonnenrades 38 des ersten Planetengetriebes 34 entspricht. Das zweite Sonnenrad 48 ist dabei im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet und erstreckt sich in axialer Richtung 6 zu dem Freilauf 2, wo das zweite Sonnenrad 48 einstückig in den Klemmelementkäfig 26 im Klemmspalt 22 des Freilaufs 2 übergeht. Der Klemmelementkäfig 26 ist dabei im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet, wobei die Klemmelemente in entsprechenden Aussparungen innerhalb des rohrförmigen Klemmelementkäfigs 26 angeordnet sind.
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Der erste und zweite Planetenradträger 40, 50 sind ebenfalls einstückig miteinander verbunden, wobei der Verbund aus den beiden Planetenradträgern 40, 50 im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist. Innerhalb der Wand der beiden Planetenradträger 40, 50 erstrecken sich in axialer Richtung 4, 6 feststehende Achsen 68, an denen die Planetenräder 42, 52 drehbar gelagert sind. Dabei sind die Planetenräder 42, 52 wiederum in entsprechenden Aussparungen der Wand der rohrförmigen Planetenradträger 40, 50 angeordnet. Die Planetenräder 42 sind jedoch nicht auf derselben Achse 68 wie die Planetenräder 52 angeordnet, vielmehr sind an den in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Achsen 68 wechselweise ein Planetenrad 42 -und ein Planetenrad 52 angeordnet. Die Planetenräder 42 und 52 sind baugleich bzw. Gleichteile ausgebildet.
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Das erste Hohlrad 44 und das zweite Hohlrad 54 sind wiederum rohrförmig mit einer in radialer Richtung 10 nach innen weisenden Innenverzahnung ausgebildet, wobei die Innenverzahnungen identisch ausgebildet sind. Wenngleich dies hier nicht dargestellt ist, so sollte an der in radiale Richtung 8 nach außen weisenden Seite des zweiten Hohlrades 54 ferner eine Außenverzahnung ausgebildet sein, in die das bereits zuvor beschriebene, hier nicht dargestellte, Antriebsritzel 62 des Schaltantriebs 58 eingreifen kann. Das erste Hohlrad 44 ist hingegen an einem feststehenden Gehäuse befestigt und somit selbst feststehend bzw. gehäusefest ausgebildet. Hierbei ist es von Vorteil, wenn das erste Hohlrad 44 zunächst separat erzeugt wurde, um dieses anschließend an dem Gehäuse zu befestigen, wenngleich auch ein einstückig mit dem Gehäuse ausgebildetes erstes Hohlrad 44 denkbar ist. Auf die Darstellung des Gehäuses wurde in 12 aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
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Aus 12 ist ferner ersichtlich, dass das erste und zweite Sonnenrad 38, 48, der erste und zweite Planetenradträger 40, 50 und das erste und zweite Hohlrad 44, 54 in axialer Richtung 4, 6 miteinander fluchtend angeordnet sind, um einen besonders kompakten Aufbau zu erzielen. Darüber hinaus weist der außenliegende zweite Laufring 18 an seiner in radialer Richtung 8 nach außen weisenden Seite eine Außenverzahnung auf, um als An- oder Abtriebsseite des Freilaufs 2 fungieren zu können.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Freilauf
- 4
- axiale Richtung
- 6
- axiale Richtung
- 8
- radiale Richtung
- 10
- radiale Richtung
- 12
- Drehachse
- 14
- erster Laufring
- 16
- Lauffläche
- 18
- zweiter Laufring
- 20
- Lauffläche
- 22
- Klemmspalt
- 24
- Klemmelemente
- 26
- Klemmelementkäfig
- 28
- Schalteinrichtung
- 30
- erste Drehrichtung
- 32
- zweite Drehrichtung
- 34
- erstes Planetengetriebe
- 36
- zweites Planetengetriebe
- 38
- erstes Sonnenrad
- 40
- erster Planetenradträger
- 42
- Planetenrad
- 44
- erstes Hohlrad
- 46
- erstes Zahnrad
- 48
- zweites Sonnenrad
- 50
- zweites Planetenradträger
- 52
- Planetenrad
- 54
- zweites Hohlrad
- 56
- zweites Zahnrad
- 58
- Schaltantrieb
- 60
- Ausgangswelle
- 62
- Antriebsritzel
- 64
- Welle
- 66
- Abflachungen
- 68
- Achsen
