DE102013002987A1 - Freewheel device for coupling crankshaft in gear unit of vehicle engine, has clamping element that is moved into coupling position from release position due to force and magnetic flux on clamping element by electromagnetic device - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Freilaufeinrichtung zum selektiven Verbinden zweier Kupplungspartner mit mindestens einem Klemmkörper der zwischen den zwei Kupplungspartnern angeordnet und von einer Freilaufposition in eine Kupplungsposition überführbar ist. Des Weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Getriebeeinheit mit einer entsprechenden Freilaufeinrichtung sowie auf ein Verfahren zum selektiven Verbinden zweier Kupplungspartner mittels einer solchen Freilaufeinrichtung.The present invention relates to a freewheel device for selectively connecting two coupling partners with at least one clamping body which is arranged between the two coupling partners and can be transferred from a freewheeling position into a coupling position. Furthermore, the present invention relates to a transmission unit with a corresponding freewheel device and to a method for selectively connecting two coupling partners by means of such a freewheel device.
Freilaufeinrichtungen zum selektiven Verbinden zweier Kupplungspartner werden in modernen Kraftfahrzeugen benötigt um verschiedene Betriebszustände des Verbrennungsmotors zu realisieren. Zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und des damit einhergehenden Schadstoffausstoßes wird in modernen Kraftfahrzeugen der Verbrennungsmotor abgeschaltet, wenn das Fahrzeug nicht mehr aktiv angetrieben werden muss, sondern antriebslos rollen kann. Ein solcher Betriebszustand kann bei Kraftfahrzeugen beispielsweise beim Auffahren auf eine rote Ampel oder beim Befahren einer Gefällestrecke auftreten. Dieser Betriebszustand ohne einen aktiven Antrieb des Kraftfahrzeugs durch den Verbrennungsmotor wird als Segelbetrieb bezeichnet. Der Segelbetrieb erfordert gleichzeitig auch eine Start-Stopp-Funktion für den Verbrennungsmotor um bei einer Änderung der Betriebssituation den Verbrennungsmotor ohne Verzögerung wieder starten und nutzen zu können. Der Segelbetrieb und auch die benötigte Start-Stopp-Funktion erfordern ein unabhängig vom Verbrennungsmotor zu betreibenden Nebenantrieb, der auch ohne einen Antrieb durch den Verbrennungsmotor angetrieben werden kann, um die für den Betrieb des Fahrzeugs notwendigen Nebenaggregate auch im Segelbetrieb ausreichend antreiben zu können.Freewheel devices for selectively connecting two clutch partners are required in modern motor vehicles in order to realize different operating states of the internal combustion engine. In order to reduce fuel consumption and the associated emission of pollutants, the internal combustion engine is switched off in modern motor vehicles when the vehicle no longer has to be actively driven, but can drive without power. Such an operating state can occur in motor vehicles, for example, when driving onto a red traffic light or when driving on a downgrade. This operating state without an active drive of the motor vehicle by the internal combustion engine is referred to as sailing operation. The sailing operation also requires a start-stop function for the internal combustion engine to restart and use the internal combustion engine without delay when changing the operating situation. The sailing operation and also the required start-stop function require an independent of the engine to be operated auxiliary drive, which can be driven without a drive through the engine to sufficiently drive the necessary for the operation of the vehicle ancillaries in sailing operation.
Der Nebentrieb eines Verbrennungsmotors treibt die für den Betrieb und die Funktion des Kraftfahrzeugs benötigen Nebenaggregate durch eine Kopplung mit dem Verbrennungsmotor an und versorgt das Fahrzeug über einen Generator mit elektrischer Energie. Um bei modernen Kraftfahrzeugen einen Segelbetrieb zu ermöglichen, muss in den Antriebsstrang zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Nebentrieb eine Freilaufeinrichtung integriert werden, die bei einem Segelbetrieb den Antrieb der Nebenaggregate mittels einer in dem Nebentrieb integrierten elektrischen Maschine ermöglicht und im gekoppelten Zustand den Antrieb der Nebenaggregate von dem Verbrennungsmotor aus zulässt. Dabei wird die Freilaufeinrichtung üblicherweise an der Verbindungsstelle zwischen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und dem Kurbelwellenantriebsrad des Nebentriebs oder im Kurbelwellenantriebsrad selbst positioniert. Darüber hinaus gibt es gerade im gesamten Antriebsstrang moderner Kraftfahrzeuge weitere Einsatzmöglichkeiten für Freilaufeinrichtungen zum selektiven Verbinden zweier Kupplungspartner.The secondary engine of an internal combustion engine drives the auxiliary units required for the operation and function of the motor vehicle by means of a coupling with the internal combustion engine and supplies the vehicle with electrical energy via a generator. In order to enable a sailing operation in modern motor vehicles, a freewheel device must be integrated in the drive train between the engine and the auxiliary drive, the drive of the ancillaries in a sailing operation by means of an integrated electric drive in the auxiliary drive and in the coupled state, the drive of the ancillaries of the internal combustion engine permits. In this case, the freewheel device is usually positioned at the connection point between the crankshaft of the internal combustion engine and the crankshaft drive wheel of the secondary drive or in the crankshaft drive wheel itself. In addition, there are just in the entire drivetrain of modern motor vehicles other uses for freewheel devices for selectively connecting two coupling partners.
Im Antriebsstrang von modernen Kraftfahrzeugen und Hybridfahrzeugen sind sehr unterschiedliche Konstruktionen für die technische Realisierung von Freilaufeinrichtungen zum selektiven Verbinden zweier Kupplungspartner bekannt. Solche üblicherweise als Klemmkörper- oder Klemmrollen-Freiläufe ausgebildete Kupplungen ermöglichen es, wenn sich die Lastverhältnisse ändern, einen Kupplungspartner von der Drehbewegung des anderen zu entkoppeln, beziehungsweise selektiv mit dem anderen zu verbinden. Aus der Druckschrift
Obwohl sich viele der im Stand der Technik bekannten Konstruktionen für Freilaufeinrichtungen mit mindestens einem Klemmkörper in ihrem Einsatz in Kraftfahrzeugen gut bewährt haben, besteht durch den allgemeinen Innovationsdruck im Bereich der Automobilindustrie kontinuierliche Bestrebung die Konstruktionen von Komponenten zu verbessern und an die steigenden Anforderungen anzupassen.Although many of the prior art constructions for overrunning devices having at least one sprag have proven to be well suited for use in motor vehicles, there is a continuing effort to improve the constructions of components and to adapt to the increasing demands of the general innovation pressure in the automotive industry.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Freilaufeinrichtung zum selektiven Verbinden zweier Kupplungspartner bereitzustellen, die bei einem möglichst einfachen konstruktiven Aufbau ein sicheres Schalten zwischen den verschiedenen Betriebszuständen und gleichzeitig einen sparsamen Betrieb ermöglicht. The present invention is therefore an object of the invention to provide a freewheel device for selectively connecting two coupling partners, which enables a safe switching between the various operating conditions and at the same time economical operation with a simple construction possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine elektromagnetische Einrichtung zum Aktuieren des mindestens einen Klemmkörpers vorgesehen ist, die mittels eines auf den mindestens einen Klemmkörper wirkenden magnetischen Flusses den mindestens einen Klemmkörper von der Freilaufposition in die Kupplungsposition überführt. Neuartige Kombinationen mechanischer und elektronischer Komponenten in einer Freilaufeinrichtung zum selektiven Verbinden zweier Kupplungspartner ermöglicht neben einem konstruktiv einfachen Aufbau auch eine einfache und bewegungsvolle Aktuierung. Die elektromagnetische Aktuierung der Klemmkörper ist unabhängig von einer auf die Klemmkörper wirkenden Fliehkraft und damit auch unabhängig von der Bewegung der Kupplungspartner. Darüber hinaus ermöglicht eine aktive elektromagnetische Aktuierung der Freilaufeinrichtung eine sehr viel schnellere Kopplung der Kupplungspartner im Vergleich zu herkömmlichen die Trägheit der Klemmkörper ausnutzenden Freiläufen. In der Freilaufposition sind die Kupplungspartner vollständig unabhängig voneinander bewegbar, während in der Kupplungsposition die Kupplungspartner miteinander gekoppelt und nur gemeinsam bewegbar sind. Durch die elektromagnetische Aktuierung der Klemmkörper mittels der elektromagnetischen Einrichtung, üblicherweise einer elektrischen Spule, wird der auf einem der Kupplungspartner angeordnete mindestens eine Klemmkörper aus einer im Wesentlichen reibfreien Freilaufposition in die Kupplungsposition überführt, um zeitweilig eine Kopplung mit dem zweiten Kupplungspartner herzustellen. Auch wenn die vorliegende elektromagnetische aktuierte Freilaufeinrichtung lediglich einen Klemmkörper benötigt, können bevorzugt mehrere Klemmkörper eingesetzt werden, die gleichmäßig zwischen den beiden Kupplungspartnern angeordnet sind. Dabei ist der mindestens eine Klemmkörper als mechanisches Teil der Freilaufeinrichtung gleichzeitig auch Teil des magnetischen Kreises, über den der magnetische Fluss bei einer Aktivierung der elektromagnetisch Einrichtung fließt. Für eine möglichst erschütterungsfreie und problemlose Kopplung der beiden Kupplungspartner können diese vor einer Aktivierung des mindestens einen Klemmkörpers in ihrer Bewegung synchronisiert werden.This object is achieved in that an electromagnetic means for actuating the at least one clamping body is provided, which transfers the at least one clamping body of the freewheeling position into the coupling position by means of acting on the at least one clamping body magnetic flux. Novel combinations of mechanical and electronic components in a freewheel device for selectively connecting two coupling partners allows not only a structurally simple construction but also a simple and dynamic actuation. The electromagnetic actuation of the clamping body is independent of a force acting on the clamping body centrifugal force and thus also independent of the movement of the coupling partner. In addition, an active electromagnetic actuation of the freewheel device allows a much faster coupling of the coupling partners in comparison to conventional freewheels exploiting the inertia of the clamping body. In the freewheeling position, the coupling partners are completely independently movable, while in the coupling position, the coupling partners are coupled together and only moved together. As a result of the electromagnetic actuation of the clamping body by means of the electromagnetic device, usually an electrical coil, the at least one clamping body arranged on one of the coupling partners is transferred from a substantially friction-free freewheeling position into the coupling position in order to temporarily establish a coupling with the second coupling partner. Even if the present electromagnetic actuated freewheel device only requires a clamping body, it is preferably possible to use a plurality of clamping bodies which are arranged uniformly between the two coupling partners. In this case, the at least one clamping body as a mechanical part of the freewheel device is at the same time also part of the magnetic circuit through which the magnetic flux flows upon activation of the electromagnetic device. For as vibration-free and problem-free coupling of the two coupling partners they can be synchronized in their movement before activation of the at least one clamping body.
Zweckmäßigweise kann der mindestens eine Klemmkörper zumindest zum Teil aus einem magnetisierbaren Material, bevorzugt aus einem ferromagnetischen Material hergestellt sein, wobei sich insbesondere weichmagnetische Werkstoffe anbieten, die sich in einem Magnetfeld leicht magnetisieren lassen. Die zumindest teilweise Ausbildung des Klemmkörpers aus einem magnetisierbaren Material sichert die gute und wirkungsvolle Einbindung des Klemmkörpers in den magnetischen Fluss bei der Aktuierung durch die elektromagnetische Einrichtung. Neben der einfachen Herstellung der Klemmkörper ermöglicht die Ausbildung aus einem magnetisierbaren Material unterschiedliche funktionsgerechte Konstruktionen, wobei neben einer Ausbildung eines Kerns oder eines Außenteils des Klemmkörpers aus einem sich in Längsrichtung des Klemmkörpers erstreckend magnetisierbaren Materials die Klemmkörper insbesondere auch vollständig aus einem magnetisierbaren oder ferromagnetischen Material hergestellt sein können.Suitably, the at least one clamping body may be made at least in part of a magnetizable material, preferably of a ferromagnetic material, in particular offering soft magnetic materials that can be easily magnetized in a magnetic field. The at least partial formation of the clamping body of a magnetizable material ensures the good and effective integration of the clamping body in the magnetic flux during the actuation by the electromagnetic device. In addition to the simple production of the clamping body, the formation of a magnetizable material allows different functional design, wherein in addition to a formation of a core or an outer part of the clamp body from extending in the longitudinal direction of the clamping body magnetizable material, the clamping body in particular also made entirely of a magnetizable or ferromagnetic material could be.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der mindestens eine Klemmkörper in der Kupplungsposition selbsthaltend ausgebildet ist. Die elektrische Aktuierung des mindestens einen Klemmkörpers durch die elektromagnetische Einrichtung wirkt als Impuls auf den Klemmkörper und bewirkt eine Kopplung der beiden Kupplungspartner. In der Kupplungsposition wird der mindestens eine Klemmkörper dann unabhängig von der elektromagnetischen Einrichtung mittels der nach der selektiven Verbindung möglichen Drehmomentübertragung zwischen den zwei Kupplungspartnern gehalten. Da die Drehmomentübertragung zwischen den zwei Kupplungspartner den mindestens einen Klemmkörper nach einer Überführung in die Kupplungsposition ohne ständige Aktuierung durch die elektromagnetische Einrichtung in der Kupplungsposition hält, ist im Schaltzeitraum keine ständige Energiezufuhr zur Aktivierung der elektromagnetischen Einrichtung notwendig. Durch die selbsthaltende Ausgestaltung des mindestens einen Klemmkörper wird zum selektiven Verbinden der zwei Kupplungspartner der Freilaufeinrichtung nur eine geringe Aktivierungsenergie benötigt, die mit der inhärenten Kopplung der Kupplungspartner im Schaltzeitraum mittels der Drehmomentübertragung insgesamt zu einer signifikanten Energieeinsparung gegenüber herkömmlichen aktiv aktuierten Freilaufeinrichtungen führt.An advantageous embodiment provides that the at least one clamping body is designed to be self-holding in the coupling position. The electrical actuation of the at least one clamping body by the electromagnetic device acts as an impulse on the clamping body and causes a coupling of the two coupling partners. In the coupling position, the at least one clamping body is then held independently of the electromagnetic device by means of the possible after the selective connection torque transmission between the two coupling partners. Since the torque transmission between the two coupling partners holds the at least one clamping body after a transfer to the coupling position without permanent actuation by the electromagnetic device in the coupling position, no continuous power supply for activating the electromagnetic device is necessary in the switching period. Due to the self-holding configuration of the at least one clamping body, only a small activation energy is required for selectively connecting the two coupling partners of the freewheel device, which leads to a significant energy saving compared to conventional actively activated freewheel devices with the inherent coupling of the coupling partners in the switching period by means of torque transmission.
Für eine einfache Konstruktion der erfindungsgemäßen Freilaufeinrichtung kann der mindestens eine Klemmkörper schwenkbar an einem der zwei Kupplungspartner angeordnet sein und in der Kupplungsposition in einem Reibkontakt oder Formschlusskontakt mit den anderen zwei Kupplungspartnern stehen. Durch die schwenkbare Anordnung des mindestens einen Klemmkörpers kann dieser in einer relativ einfachen Interaktion mit dem auf ihn wirkenden magnetischen Fluss der elektromagnetischen Einrichtung durch ein einfaches Aufrichten aus einer geneigten Lage zum magnetischen Fluss in eine in Richtung des magnetischen Flusses orientierte aufrechtere Position schwenken. Die Aufrichtung des Klemmkörpers bei einer Aktuierung durch die elektromagnetische Einrichtung führt zu einer Verringerung des Widerstands gegenüber dem magnetischen Fluss und entsprechend in dem zugehörigen Magnetkreis.For a simple construction of the freewheel device according to the invention, the at least one clamping body can be arranged pivotably on one of the two coupling partners and can be in frictional contact or positive-locking contact with the other two coupling partners in the coupling position. The pivotal arrangement of the at least one clamping body allows the latter, in a relatively simple interaction with the magnetic flux of the electromagnetic device acting on it, to pivot into a more upright position oriented in the direction of the magnetic flux by simply rising from an inclined position to the magnetic flux. The erection of the Clamping body at an actuation by the electromagnetic device leads to a reduction of the resistance to the magnetic flux and correspondingly in the associated magnetic circuit.
Bevorzugt kann eine Rückstelleinrichtung vorgesehen sein, die den mindestens einen Klemmkörper in der Freilaufposition hält und/oder von der Kupplungsposition in die Freilaufposition überführt. Durch die Rückstelleinrichtung wird der mindestens eine Klemmkörper sicher in seiner Freilaufposition auf einem der beiden Kupplungspartner gehalten, wodurch sich ein Freilaufspalt gegenüber dem anderen Kupplungspartner einstellt. So können die zwei Kupplungspartner reibfrei unabhängig voneinander bewegt werden, wodurch sich der gesamte mechanische Widerstand der Freilaufeinrichtung reduzieren lässt. Entsprechend kann die Freilaufeinrichtung in der Freilaufposition einen Freilaufspalt zwischen dem ersten Kupplungspartner mit dem mindestens einen Klemmkörper und dem zweiten Kupplungspartner von lediglich 0,1 bis 1,5 mm, bevorzugt von 0,3 bis 1,0 mm aufweisen. Bei der Rückführung des mindestens einen Klemmkörpers von der Kupplungsposition, in der der Klemmkörper durch das zwischen den zwei Kupplungspartnern übertragene Drehmoment gehalten wird, zieht oder drückt die Rückstelleinrichtung nach einem Beenden der Drehmomentübertragung den Klemmkörper in seine Freilaufposition zurück. Bei der Auslegung der Federkraft der Rückstelleinrichtung ist neben der Klemm- oder Keilwirkung bei einer auch geringen Drehmomentübertragung zwischen den zwei Kupplungspartnern, die größer sein muss als die Federkraft, und der Klemm- oder Keilwirkung ohne eine Drehmomentübertragung, die kleiner sein muss als die Federkraft, auch die Kraft des magnetischen Flusses zum Bewegen des mindestens einen Klemmkörpers in die Kupplungsposition und zur Überbrückung des Freilaufspalts, die größer sein muss als die Federkraft der Rückstelleinrichtung, zu berücksichtigen.Preferably, a return device may be provided which holds the at least one clamping body in the freewheeling position and / or transferred from the coupling position to the freewheeling position. By means of the return device, the at least one clamping body is securely held in its free-running position on one of the two coupling partners, whereby a freewheeling gap is set relative to the other coupling partner. This means that the two coupling partners can be moved independently of one another without friction, which reduces the overall mechanical resistance of the freewheel device. Accordingly, the freewheel device in the freewheeling position may have a freewheeling gap between the first coupling partner with the at least one clamping body and the second coupling partner of only 0.1 to 1.5 mm, preferably of 0.3 to 1.0 mm. When returning the at least one clamp body from the coupling position, in which the clamp body is held by the torque transmitted between the two coupling partners, the restoring device pulls or pushes the clamp body back into its free-running position after terminating the torque transmission. In the design of the spring force of the return device is in addition to the clamping or wedge effect with a low torque transmission between the two clutch partners, which must be greater than the spring force, and the clamping or wedge effect without a torque transmission, which must be smaller than the spring force, Also, the force of the magnetic flux for moving the at least one clamping body in the coupling position and for bridging the freewheeling gap, which must be greater than the spring force of the return device to take into account.
Eine günstige Ausführungsform sieht vor, dass die zwei Kupplungspartner zur Drehmomentübertragung in zwei Drehrichtungen ausgebildet sind, wobei die zwei Kupplungspartner mittels des mindestens einen Klemmkörpers in der Kupplungsposition selektiv in der einen Drehrichtung oder in der anderen Drehrichtung verbunden sind. Eine solche bidirektional wirkende Freilaufeinrichtung ermöglicht eine Übertragung von Drehmomenten zwischen den zwei Kupplungspartnern in beiden Drehrichtungen, ohne eine zusätzliche mechanische Komponente hierfür vorzusehen. Bidirektional wirkende Freilaufeinrichtungen werden insbesondere bei modernen Kraftfahrzeugen und Hybridfahrzeugen benötigt. Zur Funktionsvereinfachung der bidirektional wirkenden Freilaufeinrichtung können mehrere Klemmkörper vorgesehen sein, die selektiv für eine der Drehrichtungen ausgebildet sind und daher konstruktiv einfach ausgeführt werden können.A favorable embodiment provides that the two coupling partners are designed for transmitting torque in two directions of rotation, wherein the two coupling partners are selectively connected by means of the at least one clamping body in the coupling position in one direction of rotation or in the other direction. Such a bidirectional freewheel device allows a transmission of torque between the two clutch partners in both directions without providing an additional mechanical component for this purpose. Bidirectional freewheel devices are needed in particular in modern motor vehicles and hybrid vehicles. To simplify the function of the bidirectionally acting freewheel device, a plurality of clamping bodies may be provided, which are designed selectively for one of the directions of rotation and can therefore be constructed in a structurally simple manner.
Zur Vereinfachung des konstruktiven Aufbaus der Freilaufeinrichtung und zur Reduzierung des mechanischen und elektrischen Widerstands in der Freilaufeinrichtung kann die elektromagnetische Einrichtung unabhängig von den zwei Kupplungspartnern angeordnet sein, insbesondere feststehend gegenüber den zur Drehmomentübertragung bewegbar angeordneten zwei Kupplungspartnern. Durch die unabhängige, bevorzugt feststehende Anordnung der elektromagnetischen Einrichtung ist eine direkte, unabhängige Versorgung mit elektrischer Energie möglich. Die Vermeidung von Schleifkontakten zur Energieübertragung oder die Vermeidung einer induktiven kontaktlosen Energieübertragungsvorrichtung ermöglicht nicht nur eine einfache und kostengünstige Konstruktion der Freilaufeinrichtung, sondern reduziert auch durch die Vermeidung eines mechanischen und/oder elektrischen Widerstands derartiger Energieübertragungseinrichtungen den Verschleiß und den Energieverlust nicht nur in der Freilaufeinrichtung. Dabei kann in einer einfachen Variante die elektromagnetische Einrichtung als elektrische Spule ausgebildet sein, die bei einem Stromfluss durch die Spule einen magnetischen Fluss über die Klemmkörper erzeugt.To simplify the structural design of the freewheel device and to reduce the mechanical and electrical resistance in the freewheel device, the electromagnetic device may be arranged independently of the two clutch partners, in particular fixedly opposite to the two torque-transmitting movable coupling partners arranged. The independent, preferably fixed arrangement of the electromagnetic device is a direct, independent supply of electrical energy possible. The avoidance of sliding contacts for energy transfer or the avoidance of an inductive contactless energy transfer device not only allows a simple and inexpensive construction of the freewheel device, but also reduces the wear and the loss of energy not only in the freewheel device by avoiding mechanical and / or electrical resistance of such energy transfer devices. In this case, in a simple variant, the electromagnetic device may be designed as an electrical coil, which generates a magnetic flux via the clamping body during a current flow through the coil.
Eine weitere Ausbildung der Freilaufeinrichtung sieht vor, dass die zwei Kupplungspartner konzentrisch zueinander angeordnet sind, und mehrere Klemmkörper zwischen den zwei Kupplungspartnern vorgesehen sind, wobei die Klemmkörper in der Freilaufposition auf den inneren ersten Kupplungspartner mit einem Freilaufspalt zu dem äußeren zweiten Kupplungspartner angeordnet sind, und wobei die Klemmkörper in der Kupplungsposition in einem Reibkontakt oder Formschlusskontakt zu dem äußeren zweiten Kupplungspartner stehen, um die zwei Kupplungspartner selektiv miteinander zu verbinden. Die konzentrische Anordnung der zwei Kupplungspartner und damit die radiale Ausrichtung der Drehmomentübertragung über die Freilaufeinrichtung ist gerade im Bereich von Kraftfahrzeugen ein häufiger Anwendungsfall. Dabei unterstützt die radiale Anordnung der Kupplungspartner gegenüber deren Drehachse bei einer Anordnung der Klemmkörper auf dem inneren Kupplungspartner die Überführung der Klemmkörper von der Freilaufposition in die Kupplungsposition durch die bei einer Drehbewegung des inneren ersten Kupplungspartners auf die Klemmkörper wirkenden Fliehkräfte. Das Vorsehen mehrerer Klemmkörper und eine dadurch mögliche gleichmäßige Anordnung der Klemmkörper auf dem radial umlaufenden ersten inneren Kupplungspartner vermeidet das Vorsehen von Ausgleichgewichten und reduziert die Gefahr einer Unwucht des ersten Kupplungspartners. Zweckmäßigerweise sind bei einer solchen radialen Freilaufeinrichtung die Klemmkörper und die zugehörige Kontaktbahn des zweiten Kupplungspartners als Reibpartner ausgeführt, die bei einem Kontakt und einer Drehmomentübertragung zwischen den zwei Kupplungspartnern eine reibschlüssige Verbindung ausbilden.A further embodiment of the freewheel device provides that the two coupling partners are arranged concentrically with one another, and a plurality of clamping bodies are provided between the two coupling partners, wherein the clamping bodies are arranged in the freewheeling position on the inner first coupling partner with a freewheeling gap to the outer second coupling partner, and wherein the clamping body in the coupling position in a frictional contact or form-fitting contact to the outer second coupling partner to selectively connect the two coupling partners together. The concentric arrangement of the two coupling partners and thus the radial alignment of the torque transmission via the freewheel device is a common application, especially in the field of motor vehicles. The radial arrangement of the coupling partners relative to their axis of rotation in an arrangement of the clamping body on the inner coupling partner supports the transfer of the clamping body from the freewheeling position to the coupling position by the centrifugal forces acting on the clamping body during a rotational movement of the inner first coupling partner. The provision of a plurality of clamping body and thereby possible uniform arrangement of the clamping body on the radially encircling first inner coupling partner avoids the provision of balancing weights and reduces the risk of imbalance of the first coupling partner. Appropriately, in such a radial freewheel device, the clamping body and the associated contact path of the second clutch partner designed as a friction partner, which form a frictional connection in a contact and a torque transmission between the two clutch partners.
Für ein schnelles und funktionssicheres radiales Aufrichten der Klemmkörper in die Kupplungsposition können die Klemmkörper nierenförmig ausgebildet sein, wobei die nierenförmigen Klemmkörper bevorzugt blockweise auf dem inneren ersten Kupplungspartner angeordnet sind und jeder Block einer der zwei Drehrichtungen der Kupplungspartner zugeordnet ist. Die nierenförmige Ausbildung der Klemmkörper ermöglicht eine direkte Aneinanderreihung mehrerer Klemmkörper, ohne deren Schwenkbewegung zur Überführung in die Kupplungsposition nachteilig zu beeinflussen. Durch eine solche blockweise Anordnung aneinanderliegender und sich gleichförmig bewegender Klemmkörper ermöglicht das Vorsehen sehr vieler Klemmkörper auf einer verhältnismäßig geringen Fläche, so dass die Reibkraft einer entsprechenden reibschlüssigen Verbindung erhöht ist. Da die nierenförmigen Klemmkörper alle baugleich ausgebildet sind, entstehen auch keine erhöhten Herstellungs- und Montagekosten. Darüber hinaus können diese nierenförmigen Klemmkörper in einfacher Weise gleichmäßig auf dem inneren ersten Kupplungspartner angeordnet und entsprechend für eine bidirektionale Wirkung der Freilaufeinrichtung verteilt werden. Ein Vorteil ist weiter, dass die nierenförmigen Klemmkörper beim Überführen der Freilaufposition in die Kupplungsposition eine Schwenkbewegung ausführen. Die Schwenkbewegung der nierenförmigen Klemmkörper ermöglicht insbesondere in der blockweisen Anordnung auch ein gemeinsames Aufrichten der Klemmkörper, aber auch nach einem Ende der Drehmomentübertragung zwischen den zwei Kupplungspartnern eine sichere und einfache Lösung der Klemmkörper aus der Kupplungsposition und die Rückführung in die Freilaufposition.For a quick and reliable radial erection of the clamp body in the coupling position, the clamp body can be kidney-shaped, the kidney-shaped clamp body are preferably arranged in blocks on the inner first coupling partner and each block is assigned to one of the two directions of rotation of the coupling partner. The kidney-shaped design of the clamping body allows a direct juxtaposition of several clamping body, without adversely affecting their pivotal movement for transfer to the coupling position. By such a block-wise arrangement of adjoining and uniformly moving clamping body allows the provision of very many clamping body on a relatively small area, so that the frictional force of a corresponding frictional connection is increased. Since the kidney-shaped clamping body are all constructed identical, there are no increased manufacturing and assembly costs. In addition, these kidney-shaped clamping body can be arranged in a simple manner uniformly on the inner first coupling partner and distributed accordingly for a bidirectional effect of the freewheel device. An advantage is further that the kidney-shaped clamping body perform a pivoting movement when transferring the freewheeling position in the coupling position. The pivoting movement of the kidney-shaped clamping body allows in particular in the blockwise arrangement and a common erection of the clamping body, but also after an end of the torque transmission between the two coupling partners a safe and easy solution of the clamping body from the coupling position and the return to the freewheeling position.
Eine besondere Ausgestaltung sieht vor, dass der innere erste Kupplungspartner mit mehreren konvexen Aufnahmetaschen ausgebildet ist, in denen die Klemmkörper zumindest teilweise aufgenommen sind. Eine solche relativ einfache Konstruktion des inneren ersten Kupplungspartners ermöglicht eine variable und gleichzeitig sichere Anordnung der Klemmkörper, ohne deren Aktuierung durch den von der elektromagnetischen Einrichtung erzeugten magnetischen Fluss zu beeinflussen. Dabei können die konvexen Aufnahmetaschen zur Aufnahme der bevorzugt nierenförmig ausgebildeten Klemmkörper günstigerweise ein halbkreisförmiges Profil aufweisen.A particular embodiment provides that the inner first coupling partner is formed with a plurality of convex receiving pockets, in which the clamping body are at least partially accommodated. Such a relatively simple construction of the inner first coupling partner enables a variable and at the same time secure arrangement of the clamping bodies, without influencing their actuation by the magnetic flux generated by the electromagnetic device. In this case, the convex receiving pockets for receiving the preferably kidney-shaped clamping body may conveniently have a semicircular profile.
Eine Variante der erfindungsgemäßen Freilaufeinrichtung sieht vor, dass als Rückstelleinrichtung ein Federelement vorgesehen ist, das die Klemmkörper in der Freilaufposition auf dem inneren ersten Kupplungspartner mit einem Freilaufspalt zu dem äußeren zweiten Kupplungspartner hält und/oder die Klemmkörper von der Kupplungsposition in die Freilaufposition auf dem inneren ersten Kupplungspartner überführt. Ein Federelement ist insbesondere als umlaufender elastischer Ring eine kostengünstige und einfach zu realisierende Lösung für eine Rückstelleinrichtung der Klemmkörper in der Freilaufeinrichtung. Dabei lässt sich mit einem umlaufenden elastischen Ring sehr gleichmäßig eine Federwirkung auf alle auf dem inneren ersten Kupplungspartner positionierten Klemmkörper erzeugen. Um das Federelement, insbesondere als umlaufenden elastischen Ring, in einer einfachen Weise mit den Klemmkörpern in Wirkfunktion zu bringen, können die Klemmkörper mit einer Nut versehen sein, in der das Federelement angeordnet ist. Eine solche insbesondere halbkreisförmige Nut lässt sich sehr einfach bei der Herstellung der Klemmkörper berücksichtigen, und vermeidet eine Beeinflussung der Kopplungsfunktion der Klemmkörper mit dem zweiten äußeren Kupplungspartner, insbesondere bei einer bevorzugten reibschlüssigen Verbindung zwischen den Klemmkörpern und dem zweiten Kupplungspartner.A variant of the freewheel device according to the invention provides that a spring element is provided as a restoring device which holds the clamping body in the freewheeling position on the inner first coupling partner with a freewheeling gap to the outer second coupling partner and / or the clamping body of the coupling position in the freewheeling position on the inner transferred first coupling partner. A spring element is a cost-effective and easy to implement solution for a restoring device of the clamping body in the freewheel device, in particular as a circumferential elastic ring. It can be very evenly create a spring action on all positioned on the inner first coupling partner clamp body with a circumferential elastic ring. In order to bring the spring element, in particular as a circumferential elastic ring in a simple manner with the clamping bodies in operative function, the clamping body may be provided with a groove in which the spring element is arranged. Such a particular semicircular groove can be considered very easily in the production of the clamping body, and avoids influencing the coupling function of the clamping body with the second outer coupling partner, especially in a preferred frictional connection between the clamping bodies and the second coupling partner.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiter eine Getriebeeinheit, insbesondere zur Kopplung einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors mittels eines schaltbaren Planetengetriebes mit einer in einem Nebenbetrieb angeordneten elektrischen Maschine, mit einer der oben definierten erfindungsgemäßen Freilaufeinrichtungen. Bei modernen Kraftfahrzeugen, ob mit einem sparsamen Verbrennungsmotor oder mit einem Hybridantrieb, sind die Aspekte der Optimierung des Energieverbrauchs und Reduzierung des Schadstoffausstoßes heutzutage sehr wichtige Konstruktionsaspekte. Entsprechend gilt dies auch für alle Getriebeeinheiten zum selektiven Verbinden von Kupplungspartnern, egal ob zur Kopplung einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors mit einer in einem Nebenbetrieb angeordneten elektrischen Maschine oder zur Verbindung des Antriebsstrangs oder einzelner Antriebseinheiten mit der Radnabe, und den darin integrierten Freilaufeinrichtungen entsprechend der vorliegenden Erfindung.The present invention further relates to a transmission unit, in particular for coupling a crankshaft of an internal combustion engine by means of a switchable planetary gear with an electric machine arranged in a secondary operation, with one of the above-defined free-wheeling devices according to the invention. In modern motor vehicles, whether with a fuel-efficient combustion engine or with a hybrid drive, the aspects of optimizing energy consumption and reducing pollutant emissions are nowadays very important design aspects. Accordingly, this also applies to all transmission units for selectively connecting clutch partners, no matter whether for coupling a crankshaft of an internal combustion engine with an electrical machine arranged in a secondary operation or for connecting the drive train or individual drive units to the wheel hub, and integrated therein freewheel devices according to the present invention ,
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum selektiven Verbinden zweier Kupplungspartner einer Freilaufeinrichtung mit mindestens einem Klemmkörper und einer elektromagnetischen Einrichtung zum Aktuieren des mindestens einen Klemmkörpers mit den Schritten:
Erzeugen eines Magnetfeldes durch die elektromagnetische Einrichtung, wobei der mindestens eine Klemmkörper in dem Magnetfeld angeordnet ist;
Aufrichten des mindestens einen Klemmkörpers aus der Freilaufposition in die Kupplungsposition zur Überbrückung des Freilaufspalts zwischen den zwei Kupplungspartnern;
Koppeln der zwei Kupplungspartner durch den mindestens einen Klemmkörper;
Übertragen eines Drehmoments zwischen den zwei Kupplungspartnern;
Selbsthemmung des mindestens einen Klemmkörpers in der Kupplungsposition mittels der Drehmomentübertragung zwischen den beiden Kupplungspartnern; und
Abschalten des Magnetfeldes.Furthermore, the invention also relates to a method for selectively connecting two coupling partners of a freewheel device with at least one clamping body and an electromagnetic device for actuating the at least one clamping body with the steps:
Generating a magnetic field by the electromagnetic device, wherein the at least one clamping body is arranged in the magnetic field;
Erecting the at least one clamping body from the freewheeling position to the coupling position for Bridging the freewheeling gap between the two coupling partners;
Coupling the two coupling partners through the at least one clamping body;
Transmitting a torque between the two clutch partners;
Self-locking of the at least one clamping body in the coupling position by means of torque transmission between the two coupling partners; and
Switching off the magnetic field.
Im Gegensatz zur Funktion bekannter Freiläufe zum selektiven Verbinden zweier Kupplungspartner werden hier keine an dem mindestens einen Klemmkörper angreifende Fliehkräfte benötigt, sondern lediglich die Aktivierungsenergie einer elektromagnetischen Einrichtung. Stattdessen wird hier lediglich ein durch den magnetischen Fluss der elektromagnetischen Einrichtung erzeugter Magnetkreis über den mindestens einen Klemmkörper benötigt, um eine Überführung von der Freilaufposition in die Kupplungsposition zu bewirken. Dabei ist der Klemmkörper Bestandteil des Magnetkreises, der sich zur Reduzierung des Widerstandes im Magnetkreis in die Kupplungsposition bewegt. Da dieses Verfahren lediglich bei der Aktivierung der elektromagnetischen Einrichtung zum Aktuieren der Klemmkörper elektrische Energie benötigt und in der Freilaufposition der Klemmkörper durch den Freilaufspalt ein reibfreies Rotieren der zwei Kupplungspartner ermöglicht, führt dieses Verfahren im Gegensatz zu der Funktion bekannter Freiläufe zu einer Energieeinsparung.In contrast to the function of known freewheels for selectively connecting two coupling partners, no centrifugal forces acting on the at least one clamping body are required here, but merely the activation energy of an electromagnetic device. Instead, only a magnetic circuit generated by the magnetic flux of the electromagnetic device is required here via the at least one clamping body in order to bring about a transfer from the freewheeling position to the coupling position. In this case, the clamping body is part of the magnetic circuit, which moves to reduce the resistance in the magnetic circuit in the coupling position. Since this method requires only the activation of the electromagnetic device for actuating the clamping body electrical energy and in the freewheeling position of the clamping body by the freewheeling gap allows a frictionless rotation of the two coupling partners, this method leads in contrast to the function of known freewheels to an energy saving.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:In the following, an embodiment of the present invention will be explained in more detail with reference to drawings. Show it:
Wenn beim Segelbetrieb des Kraftfahrzeugs, beispielsweise beim Auffahren auf eine rote Ampel oder beim Befahren einer Gefällestrecke, der Verbrennungsmotor zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und Schadstoffausstoßes abgeschaltet ist, erfolgt der Antrieb des Nebentriebs
Das Kurbelwellen-Nebentriebsrad
Die Interaktion der auf dem Innenring
Wie sowohl in
Nach der Aktuierung der Klemmkörper
In
Das in dem Kurbelwellen-Nebentriebrad
Im Generatorbetrieb des Kraftfahrzeugs sind die Klemmkörper
Eine stark vergrößerte Darstellung der elektromagnetischen Einrichtung
Im folgenden wird die Funktions- und Wirkungsweise der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Freilaufeinrichtung
Die hier beschriebene Freilaufeinrichtung
Um die Freilaufeinrichtung
Der sich in dem Magnetfeld der elektromagnetischen Einrichtung
Nach dem selektiven Koppeln der zwei Kupplungspartner durch das Aufrichten der Klemmkörper
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 3911075 A1 [0004] DE 3911075 A1 [0004]
- DE 10327213 A1 [0004] DE 10327213 A1 [0004]
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- 2013-02-21 DE DE201310002987 patent/DE102013002987A1/en active Pending
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