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Die Erfindung betrifft einen Freilauf sowie ein Verfahren zum Schalten eines Freilaufs, mit dessen Hilfe wahlweise eine Drehmomentübertragung, insbesondere zur wahlweisen Zuschaltung einer elektrischen Maschine an einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, unterbrochen oder gesperrt werden kann.
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Aus
WO 2014/079427 A1 ist ein schaltbarer Klinkenfreilauf bekannt, bei dem ein Innenring mit einem Außenring gesperrt werden kann, indem federbelastete Sperrklinken in radiale Ausnehmungen des Außenrings und des Innenrings eingreifen. Zur Unterbrechung einer Drehmomentübertragung zwischen dem Innenring und dem Außenring kann ein Schaltkäfig relativ zu dem Innenring und dem Außenring verdreht werden und hierbei die Sperrklinken gegen die angreifende Federkraft in eine Freilaufposition verschwenken, in der der Sperrklinken nicht mehr im Eingriff mit einer der Ausnehmungen ist. Zum Sperren des Außenrings mit dem Innenring in unterschiedliche Relativdrehrichtungen ist jeweils ein Satz erster Sperrklinken und ein Satz zweiter Sperrklinken vorgesehen, wobei der erste Satz Sperrklinken mit Hilfe eines ersten Schaltkäfigs geschaltet werden können.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis den Verschleiß in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zu reduzieren.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die einen geringen Verschleiß in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Freilauf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Schalten eines Freilaufs mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist ein Freilauf, insbesondere Klinkenfreilauf, vorgesehen zum Sperren oder Unterbrechen einer Drehmomentübertragung, insbesondere zur wahlweisen Zuschaltung einer elektrischen Maschine an einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem, insbesondere als Innenring ausgestalteten, ersten Ring zum Einleiten und/oder Ausleiten eines Drehmoments, einem im Wesentlichen koaxial zum ersten Ring angeordneten insbesondere als Außenring ausgestalteten, zweiten Ring zum Ausleiten und/oder Einleiten des Drehmoments, mehreren zwischen einer Sperrstellung und einer Freilaufstellung bewegbaren, insbesondere verschwenkbaren, ersten Sperrelementen, wobei das erste Sperrelement in der Sperrstellung bei einem Überholen des ersten Rings zum zweiten Ring in einer ersten Umfangsrichtung den ersten Ring mit dem zweiten Ring zur Drehmomentübertragung sperrt und in der Freilaufstellung eine Relativdrehung des ersten Rings zum zweiten Ring zur Unterbrechung der Drehmomentübertragung zulässt, mehreren zwischen einer Sperrstellung und einer Freilaufstellung bewegbaren, insbesondere verschwenkbaren, zweiten Sperrelementen, wobei das zweite Sperrelement in der Sperrstellung bei einem Überholen des ersten Rings zum zweiten Ring in einer der ersten Umfangsrichtung entgegengesetzten zweiten Umfangsrichtung den ersten Ring mit dem zweiten Ring zur Drehmomentübertragung sperrt und in der Freilaufstellung eine Relativdrehung des ersten Rings zum zweiten Ring zur Unterbrechung der Drehmomentübertragung zulässt, einem ersten Schaltkäfig zum Bewegen der ersten Sperrelemente zwischen der Sperrstellung und der Freilaufstellung und einem direkt oder indirekt an den zweiten Sperrelementen angreifenden Schaltelement zum Bewegen der zweiten Sperrelemente zwischen der Sperrstellung und der Freilaufstellung, wobei das Schaltelement über ein in einer Kulissenführung geführtes Führungselement in Umfangsrichtung und in axialer Richtung relativ beweglich mit dem ersten Ring oder dem zweiten Ring gekoppelt ist und bei einer Relativbewegung zu dem über die Kulissenführung angekoppelten ersten Ring oder zweiten Ring zwischen einer Sperrrelativlage, in welcher die zweiten Sperrelemente in der Sperrstellung positioniert sind, und einer Freilaufrelativlage, in welcher die zweiten Sperrelemente in der Freilaufstellung positioniert sind, axial verlagerbar ist.
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Der Freilauf kann in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs verwendet werden, vorzugsweise in einer Riemenscheibenanordnung, mit deren Hilfe eine Riemenscheibe zum Antrieb von Nebenaggregaten eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebswelle, insbesondere Kurbelwelle, eines Kraftfahrzeugmotors angebunden werden kann. Hierbei ist beispielsweise der erste Ring als Innenring mit der Antriebswelle verbunden, während der zweite Ring als Außenring mit der Riemenscheibe verbunden ist. Im regulären Betrieb kann der Kraftfahrzeugmotor ein Drehmoment in den Freilauf einleiten, das beispielsweise von dem ersten Ring über die zweiten Sperrelemente an den zweiten Ring übertragen wird, wobei in diesem Fall der erste Ring versucht den zweiten Ring entlang der zweiten Umfangsrichtung zu überholen. Das von dem Kraftfahrzeugmotor eingeleitete Drehmoment kann über die Riemenscheibe an einen Riementrieb übertragen werden, der die Nebenaggregate, beispielsweise eine Ölpumpe, eine Wasserpumpe, einen Klimakompressor einer Klimaanlage, und insbesondere eine elektrische Maschine antreiben kann. Mit Hilfe der elektrischen Maschine, beispielsweise Lichtmaschine, kann im Generatorbetrieb mechanische Energie in elektrische Energie gewandelt und insbesondere in einer Kraftfahrzeugbatterie gespeichert werden. In einem Boost-Betrieb ist es möglich, dass die elektrische Maschine im Motorbetrieb elektrisch gespeicherte Energie in mechanische Energie wandelt und über den Freilauf der Antriebswelle des Kraftfahrzeugmotors zuführt, so dass zur Bereitstellung einer kurzfristigen Spitzenleistung sowohl die mechanische Energie des Kraftfahrzeugmotors als auch die mechanische Energie der elektrischen Maschine dem Kraftfahrzeug als Antriebsleistung zu Verfügung gestellt werden kann. In dieser Situation versucht der zweite Ring den ersten Ring entlang der zweiten Umfangsrichtung zu überholen, was einem Überholen des ersten Rings zum zweiten Ring entlang der ersten Umfangsrichtung entspricht, so dass das Drehmoment der elektrischen Maschine von dem zweiten Ring über die ersten Sperrelemente an den ersten Ring übertragen werden kann.
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Wenn bei ausgeschaltetem Kraftfahrzeugmotor die elektrische Maschine rein elektrisch ein Nebenaggregat, insbesondere den Klimakompressor einer Klimaanlage, antreiben soll („Standklimatisierung”), soll die Antriebswelle des Kraftfahrzeugmotors über den Freilauf abgekoppelt werden, damit die elektrische Maschine nicht die Schleppmomente des Kraftfahrzeugmotors überwinden muss. Hierzu ist es ausreichend die ersten Sperrelemente mit Hilfe des ersten Schaltkäfigs in die Freilaufposition zu bewegen. Wenn die die ersten Sperrelemente in der Freilaufposition sind, kann die elektrische Maschine die Nebenaggregate antreiben, ohne dass über die ersten Sperrelemente ein Drehmoment von der elektrischen Maschine an die Antriebswelle übertragen wird. Der hierbei mitdrehende zweite Ring überholt den stehenden ersten Ring entlang der zweiten Umfangsrichtung, was einem Überholen des ersten Rings zum zweiten Ring entlang der ersten Umfangsrichtung entspricht. Da die zweiten Sperrelemente nur bei einem Überholen des ersten Rings zum zweiten Ring entlang der zweiten Umfangsrichtung den ersten Ring mit dem zweiten Ring sperrt, übertragen die zweiten Sperrelemente kein Drehmoment. Hierbei können die zweiten Sperrelemente und das mit den zweiten Sperrelementen zusammenwirkende Schaltelement eine Relativbewegung zu dem mit den zweiten Sperrelementen nicht drehfest befestigten Ring, beispielsweise der als Außenring ausgestaltete zweite Ring, ausführen. Durch die Koppelung des Schaltelements mit dem zum Schaltelement relativ verdrehbaren Ring über die Kulissenführung, kann diese Relativdrehung eine axiale Verlagerung des Schaltelements erzwingen, die in eine Bewegung der zweiten Sperrelemente in die Freilaufposition gewandelt werden kann. Dadurch kann ein verschleißbehaftetes und geräuschemittierendes Schleifen der zweiten Sperrelemente an dem relativ verdrehbaren Ring vermieden werden. Das Schalten der zweiten Sperrelemente kann hierbei automatisch durch die Kulissenführung erfolgen, ohne dass hierzu eine separate Aktorik und/oder eine zu schaltende Kupplung erforderlich ist. Durch die Koppelung des Schaltelements mit dem zum Schaltelement relativ verdrehbaren Ring über die Kulissenführung, kann diese Relativdrehung eine axiale Verlagerung des Schaltelements erzwingen, die ohne separate Aktorik automatisch in eine Bewegung der zweiten Sperrelemente in die Freilaufposition gewandelt werden kann, in welcher die zweiten Sperrelemente nicht an dem relativ verdrehbaren Ring schleifen, so dass, insbesondere in einem Standklimatisierungsbetrieb, ein geringer Verschleiß in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ermöglicht ist.
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Um die zweiten Sperrelemente von der Freilaufstellung in die Sperrstellung zu bewegen ist es ausreichend, das Schaltelement axial in einer Axialrichtung zu verlagern, die der Bewegung, um die zweiten Sperrelemente von Sperrstellung in die Freilaufstellung zu bewegen, entgegen gesetzt ist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der zweite Ring den ersten Ring entlang der ersten Umfangsrichtung überholt, was einem Überholen des ersten Rings zum zweiten Ring entlang der zweiten Umfangsrichtung entspricht. Hierzu kann beispielsweise die elektrische Maschine kurzzeitig die Drehrichtung ändern und/oder die ersten Schaltelemente können in die Sperrstellung gebracht werden, während die zweiten Sperrelemente sich noch in der Freilaufstellung befinden, und ein Drehmoment entlang der zweiten Umfangsrichtung übertragen. Dadurch kann wieder eine Relativdrehung des Schaltelements zu dem mit den zweiten Sperrelementen nicht drehfest befestigten Ring, beispielsweise der als Außenring ausgestaltete zweite Ring, ausführen, wobei die Relativdrehung in einer entgegengesetzten Drehrichtung als beim vorherigen Schalten der zweiten Sperrelemente von der Sperrstellung in die Freilaufstellung erfolgt. Dadurch kann das Schaltelement in eine axiale Richtung bewegt werden, die ein Bewegen der zweiten Sperrelemente von der Freilaufstellung in die Sperrstellung zur Folge hat. Anschließend befinden sich sowohl die ersten Sperrelemente als auch die zweiten Sperrelemente in der Sperrstellung, so dass der Freilauf in beide Drehrichtungen ein Drehmoment übertragen kann.
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Die ersten Sperrelemente und/oder die zweiten Sperrelemente können insbesondere als schwenkbare Sperrklinken ausgestaltet sein. Die ersten Sperrelemente und die zweiten Sperrelemente sind hierbei insbesondere an dem selben Ring angelenkt und mit diesem mitdrehend ausgestaltet. Die ersten Sperrelemente und/oder die zweiten Sperrelemente können in der Sperrstellung zwischen dem ersten Ring und dem zweiten Ring zur Übertragung eines Drehmoments verklemmt sein. Insbesondere ist zwischen dem jeweiligen Sperrelement und den ersten Ring und/oder dem zweiten Ring in der Sperrstellung ein Reibschluss und/oder ein Formschluss ausgebildet. Beispielsweise kann ein radiales Ende des Sperrelements in eine Aussparung des ersten Rings und/oder des zweiten Rings eingreifen und/oder an einem in tangentialer Richtung wirkenden Anschlag des ersten Rings und/oder des zweiten Rings angreifen, um das Drehmoment in der Sperrstellung zu übertragen. Der erste Schaltkäfig ist beispielsweise an dem ersten Ring oder dem zweiten Ring zentriert und gelagert. Der erste Schaltkäfig kann insbesondere bei einer Verdrehung relativ zu den ersten Sperrelementen an den ersten Sperrelementen anschlagen und dadurch die ersten Sperrelemente insbesondere gegen eine Federkraft eines, vorzugsweise als Blattfeder ausgestalteten, Federelements aus der Sperrstellung in die Feilaufstellung drücken. Insbesondere kann das Schaltelement über eine geeignete Konturierung direkt an den zweiten Sperrelementen angreifen, um die zweiten Sperrelemente insbesondere gegen eine Federkraft eines, vorzugsweise als Blattfeder ausgestalteten, Federelements aus der Sperrstellung in die Feilaufstellung zu drücken. Das Schaltelement kann dadurch gleichzeitig als zweiter Schaltkäfig wirken. Alternativ kann das Schaltelement mit einem separat ausgeführten zweiten Schaltkäfig bewegungsgekoppelt sein, wodurch die axiale Bewegung des Schaltelements in eine Drehung des zweiten Schaltkäfigs relativ zu den zweiten Sperrelementen gewandelt werden kann, um mit Hilfe des zweiten Schaltkäfigs analog zum ersten Schaltkäfig die zweiten Sperrelemente zwischen der Sperrstellung und der Freilaufstellung zu bewegen. Insbesondere ist die Kulissenführung in dem Schaltelement ausgeführt, während das in die Kulissenführung eingreifende Führungselement durch den mit den zweiten Sperrelementen nicht drehfest befestigten Ring, beispielsweise der als Außenring ausgestaltete zweite Ring, ausgebildet ist. Alternativ kann das Schaltelement das Führungselement ausbilden und der mit den zweiten Sperrelementen nicht drehfest befestigte Ring die Kulissenführung. Das Führungselement kann beispielsweise als in radialer Richtung abstehender Bolzen ausgeführt sein, der insbesondere in radialer Richtung, vorzugsweise gegen eine in radialer Richtung angreifende Federkraft, nachgiebig ausgestaltet ist, beispielsweise um zur Montage und/oder Demontage das Führungselement in radialer Richtung aus dem Radiusbereich der Kulissenführung heraus bewegen zu können. Insbesondere ist das Führungselement als eine, beispielsweise mit Hilfe einer Schraubenfeder, federbelastete Kugel ausgestaltet, die insbesondere drehbar gelagert ist, wodurch Reibungsverluste reduziert werden können.
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Insbesondere weist die Kulissenführung zur Führung des Führungselements eine in Umfangsrichtung verlaufende Sperrspur zur Positionierung des Schaltelements in der Sperrrelativlage und eine über mindestens eine zu einer Axialrichtung schräg verlaufenden Rampenspur mit der Sperrspur verbundene und zur Sperrspur axial beabstandeten Freilaufspur zur Positionierung des Schaltelements in der Freilaufrelativlage auf. Die Sperrspur und/oder die Freilaufspur können insbesondere in Umfangsrichtung geschlossen ausgeführt sein. Das Führungselement kann je nach Relativdrehrichtung über die Rampenspur von der Sperrspur in die Freilaufspur beziehungsweise von der Freilaufspur in die Sperrspur wechseln und dadurch das Schaltelement um den axialen Abstand der Sperrspur zur Freilaufspur axial verlagern. Die Kulissenführung kann dadurch vergleichsweise einfach und kostengünstig aufgebaut sein. Vorzugsweise sind in Umfangsrichtung mehrere Rampenspuren vorgesehen, so dass der maximale Drehwinkelbereich, in dem die zweiten Sperrelemente im Freilaufbetrieb schleifen können, entsprechend reduziert sein kann.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass durch den angeschrägten Verlauf der Rampenspur das Führungselement bei einem Überholen des ersten Rings zum zweiten Ring in der ersten Umfangsrichtung das Führungselement von der Sperrspur in die Rampenspur gelangt und in der Freilaufspur an der Rampenspur vorbeiläuft und bei einem Überholen des ersten Rings zum zweiten Ring in der zweiten Umfangsrichtung das Führungselement von der Freilaufspur in die Rampenspur gelangt und in der Sperrspur an der Rampenspur vorbeiläuft. Selbst wenn das Führungselement mit einer in axialer Richtung wirkenden Kraft bei einem Überfahren der Rampenspur in die Rampenspur hereindrück, gelangt das Führungselement wieder aus der Rampenspur heraus. Ein unbeabsichtigtes Schalten der zweiten Sperrelemente kann dadurch vermieden werden. Die Rampenspur kann hierzu entsprechend flach zu der Sperrspur und der Freilaufspur angeschrägt sein. Gleichzeitig kann bei einem beabsichtigten Schalten das Führungselement an der durch die Rampenspur ausgebildeten Rampe anschlagen und sicher in die Rampenspur eingefädelt werden, so dass das Führungselement erst am gegenüberliegenden Ende der Rampenspur die Rampenspur wieder verlassen kann. Die Rampenspur kann hierzu entsprechend steil zu der Sperrspur und der Freilaufspur angeschrägt sein. Die Rampenspur ist beispielsweise zur Umfangsrichtung um einen Winkel α von α = 45° ± 15° angeschrägt.
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Besonders bevorzugt ist an einem Verbindungsbereich der Rampenspur mit der Freilaufspur eine bei einem Überholen des ersten Rings zum zweiten Ring in der zweiten Umfangsrichtung an dem Führungselement anschlagbare und bei einem Überholen des ersten Rings zum zweiten Ring in der ersten Umfangsrichtung von dem Führungselement überfahrbare Freilauflenkkontur und/oder an einem Verbindungsbereich der Rampenspur mit der Sperrspur eine bei einem Überholen des ersten Rings zum zweiten Ring in der ersten Umfangsrichtung an dem Führungselement anschlagbare und bei einem Überholen des ersten Rings zum zweiten Ring in der zweiten Umfangsrichtung von dem Führungselement überfahrbare Sperrlenkkontur vorgesehen. Die jeweilige Lenkkontur kann beispielsweise in der Art einer Rampe ausgebildet sein, die in der einen Drehrichtung von dem Führungselement überfahren werden kann und in der anderen Drehrichtung einen für das Führungselement nicht zu überfahrenden Anschlag ausbildet. Die jeweilige Lenkkontur kann insbesondere einen gerundeten Verlauf von der Umfangsrichtung in die Rampenspur hinein aufweisen und in die von der Rampenspur ausgebildete Rampe im Wesentlichen absatzlos übergehen. Durch die Sperrlenkkontur und die Freilauflenkkontur kann das Führungselement bei einer entsprechenden Relativdrehung automatisch in die Rampenspur hineingezwungen werden, während bei der entgegengesetzten Drehrichtung ein Überfahren der Rampenspur zugelassen ist. Dadurch ist es prinzipiell nicht erforderlich eine in axialer Richtung wirkende Kraft auf das Führungselement einwirken zu lassen, um das Führungselement in die Rampenspur hinein zu zwingen. Reibungsverluste können dadurch reduziert sein.
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Insbesondere ist mindestens eine Rückstellfeder zur Positionierung des Schaltelements relativ zu dem über die Kulissenführung angekoppelten ersten Ring oder zweiten Ring in eine zwischen der Freilaufrelativlage und der Sperrrelativlage liegenden Axialrelativlage vorgesehen. Dadurch kann zumindest eine leichte Federkraft bereitgestellt werden, welche das Schaltelement aus der Freilauflaufrelativlage in Richtung der Sperrrelativlage und aus der Sperrrelativlage in Richtung der Freilauflaufrelativlage drückt. Dadurch kann insbesondere das Führungselement leicht an eine Rampe der Kulissenführung gedrückt werden, um axial verlagert zu werden. Hierbei kann die Rampe das Führungselement automatisch aus der zwischen der Freilaufrelativlage und der Sperrrelativlage liegenden Axialrelativlage herausbewegen, so dass die Rückstellfeder automatisch wieder vorgespannt werden kann. Insbesondere kann die Rückstellfeder in Verbindung mit der Freilauflenkkontur und/oder der Sperrlenkkontur oder als Ersatz für die Freilauflenkkontur und/oder die Sperrlenkkontur genutzt werden.
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Vorzugsweise greift das Schaltelement über eine, insbesondere axial bewegbare, Betätigungsschräge an dem zweiten Sperrelement an. Durch die an dem zweiten Sperrelement angreifende Betätigungsschräge kann die axiale Bewegung des Schaltelements in eine Bewegung der zweiten Sperrelemente in Umfangsrichtung gewandelt werden. Die Betätigungsschräge kann hierbei beispielweise an dem jeweiligen zweiten Sperrelement abgleiten und hierbei das zweite Sperrelement niederdrücken. Das Schaltelement kann dadurch gleichzeitig einen zweiten Schaltkäfig ausbilden, so dass ein separater zweiter Schaltkäfig eingespart werden kann.
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Besonders bevorzugt ist mit dem ersten Schaltkäfig ein Fliehkraftelement zum fliehkraftbedingten Verdrehen des ersten Schaltkäfigs gekoppelt, wobei insbesondere das Fliehkraftelement um eine außerhalb des Schwerpunkts des Fliehkraftelements und im Wesentlichen parallel zu einer Rotationsachse des Freilaufs verlaufende Drehachse drehbar gelagert ist und insbesondere über eine Verzahnung oder eine Rampenkontur mit dem ersten Schaltkäfig gekoppelt ist. Eine separate Aktorik zum Schalten der ersten Sperrelemente kann dadurch vermieden sein. Dadurch kann beispielsweise erreicht werden, dass bei einem ausgeschaltetem Kraftfahrzeugmotor auf das mit der Antriebswelle des Kraftfahrzeugmotors über den entsprechenden Ring gekoppelte Fliehkraftelement keine Fliehkraft mehr wirkt und sich dadurch, beispielsweise mit Hilfe eines an dem Fliehkraftelement angreifenden Federelements, automatisch in eine Position bewegt, in welcher der erste Schaltkäfig die ersten Sperrelemente in die Freilaufposition bewegt. Dadurch kann das Schleppmoment des Kraftfahrzeugmotors für einen Standklimatisierungsbetrieb automatisch abgeworfen werden. Nach einem Starten des Kraftfahrzeugmotors können ausreichende Fliehkräfte auf das Fliehkraftelement wirken, das gegebenenfalls gegen die Federkraft des Federelements der erste Schaltkäfig in eine Position bewegt werden kann, in welcher die ersten Sperrelemente sich in der Sperrstellung befinden. Dadurch können fliehkraftbedingt die Nebenaggregate automatisch an die Antriebswelle des Kraftfahrzeugmotors angekoppelt werden.
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Insbesondere ist der erste Schaltkäfig ausschließlich in Umfangsrichtung relativ zu den ersten Sperrelementen relativ bewegbar. Eine axiale Bewegbarkeit des ersten Schaltkäfigs im regulären Betrieb des Freilaufs ist dadurch gesperrt, so dass durch die einfachere Bewegungsmimik des ersten Schaltkäfigs der erste Schaltkäfig einfach und kostengünstig ausgestaltet sein kann.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Riemenscheibenanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer mit einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors verbindbaren Nabe, einer über ein Zugmittel mit einer elektrischen Maschine und einem Nebenaggregat, insbesondere Klimakompressor einer Klimaanlage, verbindbaren Riemenscheibe und einem mit der Nabe und der Riemenscheibe gekoppelten Freilauf, der wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, zum Sperren oder Unterbrechen einer Drehmomentübertragung zwischen der Nabe und der Riemenscheibe. Die Nabe kann insbesondere mit dem, insbesondere als Innenring ausgestalteten, ersten Ring verbunden oder einstückig ausgestaltet sein, während die Riemenscheibe mit dem, insbesondere als Außenring ausgestalteten, zweiten Ring gekoppelt sein kann. Durch die Koppelung des Schaltelements des Freilaufs mit dem zum Schaltelement relativ verdrehbaren Ring über die Kulissenführung, kann diese Relativdrehung eine axiale Verlagerung des Schaltelements erzwingen, die ohne separate Aktorik automatisch in eine Bewegung der zweiten Sperrelemente in die Freilaufposition gewandelt werden kann, in welcher die zweiten Sperrelemente nicht an dem relativ verdrehbaren Ring schleifen, so dass, insbesondere in einem Standklimatisierungsbetrieb, ein geringer Verschleiß in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ermöglicht ist.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Schalten eines Freilaufs, der wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, bei dem sich zu einem ersten Zeitpunkt die ersten Sperrelemente und die zweiten Sperrelemente in der Sperrstellung befinden, nachfolgend der erste Schaltkäfig die ersten Sperrelemente in die Freilaufstellung bewegt und nachfolgend der erste Ring den zweiten Ring in der ersten Umfangsrichtung soweit überholt, dass das Schaltelement von der Sperrrelativlage in die Freilaufrelativlage bewegt wird und die zweiten Sperrelemente in die Freilaufstellung bewegt werden. Durch die Koppelung des Schaltelements des Freilaufs mit dem zum Schaltelement relativ verdrehbaren Ring über die Kulissenführung, kann diese Relativdrehung eine axiale Verlagerung des Schaltelements erzwingen, die ohne separate Aktorik automatisch in eine Bewegung der zweiten Sperrelemente in die Freilaufposition gewandelt werden kann, in welcher die zweiten Sperrelemente nicht an dem relativ verdrehbaren Ring schleifen, so dass, insbesondere in einem Standklimatisierungsbetrieb, ein geringer Verschleiß in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ermöglicht ist.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass sich zu einem zweiten Zeitpunkt die ersten Sperrelemente und die zweiten Sperrelemente in der Freilaufstellung befinden, nachfolgend der erste Ring den zweiten Ring in der zweiten Umfangsrichtung soweit überholt, dass das Schaltelement von der Freilaufrelativlage in die Sperrrelativlage bewegt wird und die zweiten Sperrelemente in die Sperrstellung bewegt werden, und nachfolgend der erste Schaltkäfig die ersten Sperrelemente, insbesondere fliehkraftbedingt, in die Sperrstellung bewegt. Die zweiten Sperrelemente können dadurch ebenfalls besonders einfach und ohne separate Aktorik wieder in Ihre Sperrstellung bewegt werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
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1: eine schematische geschnittene Seitenansicht eines Freilaufs,
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2: eine schematische geschnittene Draufsicht des Freilaufs aus 1 in einer ersten Radialebene,
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3: eine schematische geschnittene Draufsicht eines Teils des Freilaufs aus 1 in einer zweiten Radialebene,
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4: eine schematische geschnittene Abwicklung entlang der Umfangsrichtung des Freilaufs aus 3 bei einem ersten Schaltvorgang und
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5: eine schematische geschnittene Abwicklung entlang der Umfangsrichtung des Freilaufs aus 3 bei einem zweiten Schaltvorgang.
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Der in 1 und 2 dargestellte Freilauf 10 weist einen als Innenring ausgestalteten ersten Ring 12 und einen als Außenring ausgestalteten zweiten Ring 14 auf, wobei der erste Ring 12 über eine Nabe mit einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors und der zweite Ring 14 mit einer Riemenscheibe zum Antrieb von Nebenaggregaten verbunden sein kann. Um zwischen dem ersten Ring 12 und dem zweiten Ring 14 ein Drehmoment zu übertragen, können als Sperrklinken ausgestaltete erste Sperrelemente 16 in einer Sperrposition den ersten Ring 12 mit dem zweiten Ring 14 reibschlüssig und/oder formschlüssig blockieren. Mit Hilfe eines ersten Schaltkäfigs 18 können die ersten Sperrelemente 16 zwischen der Sperrposition und einer Freilaufposition bewegt werden. Hierzu kann der erste Schaltkäfig 18 mit Hilfe einer als Schraubenfeder ausgestalteten Feder 20 die ersten Sperrelemente 16 automatisch in die Freilaufstellung drücken, in welcher ein Drehmomentfluss zwischen dem ersten Ring 12 und dem zweiten Ring 14 unterbrochen ist. Der erste Schaltkäfig 18 ist über eine Verzahnung 22 mit einem drehbar gelagerten Fliehkraftelement 24 gekoppelt, das unter Fliehkrafteinfluss verdreht werden kann und gegen die Federkraft der Feder 20 den ersten Schaltkäfig 18 fliehkraftbedingt automatisch in eine Position in Umfangsrichtung verdrehen kann, in welcher sich die ersten Sperrelemente 16 in der Sperrposition befinden können.
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Wie in 3 dargestellt können zusätzlich zu den ersten Sperrelementen 18 zweite Sperrelemente 26 vorgesehen sein, die in ihrer Sperrstellung eine Drehmomentübertragung einer für die ersten Sperrelemente 16 entgegengesetzten Drehrichtung ermöglichen können, so dass der Freilauf 10 in beiden Drehrichtungen ein Drehmoment übertragen kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die ersten Sperrelemente 16 und die zweiten Sperrelemente 26 in ersten Vertiefungen 28 des ersten Rings 12 schwenkbar gelagert und können in der Sperrstellung in zweiten Vertiefungen 30 des zweiten Rings 14 formschlüssig eingreifen. Ferner sind einander gegenüberliegende erste Sperrelemente 16 und zweite Sperrelemente 26 über ein als Blattfeder ausgestaltetes Federelement 32 gegeneinander abgestützt, so dass das Federelement 32 die Sperrelemente 16, 16 automatisch in die Sperrposition drücken kann. Mit Hilfe eines zweiten Schaltkäfigs 34 können die zweiten Sperrelemente 26 gegen die Federkraft des Federelements 32 in ihre Freilaufposition gedrückt werden. Der zweite Schaltkäfig 34 kann hierzu in Umfangsrichtung verdreht werden und/oder über eine Schräge an den zweiten Sperrelementen 26 angreifen und in axialer Richtung verlagert werden.
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Wie in 4 dargestellt ist ein axial bewegliches Schaltelement 36 vorgesehen, das mit dem zweiten Schaltkäfig 34 bewegungsgekoppelt ist oder mit dem zweiten Schaltkäfig einstückig ausgebildet sein kann. Das Schaltelement 36 ist über ein in einer Kulissenführung 38 eingesetztes Führungselement 40 mit dem Ring gekoppelt, der nicht drehfest mit den zweiten Sperrelementen 26 verbunden ist, sondern zu den zweiten Sperrelementen 26 relativ verdrehbar ausgeführt ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die zweiten Sperrelemente 26 an dem als Innenring ausgestalteten ersten Ring drehfest aber schwenkbar gekoppelt, so dass der als Außenring ausgestaltete zweite Ring 14 mit dem Schaltelement 36 über das in der Kulissenführung 38 eingesetzte Führungselement 40 zusammenwirkt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kulissenführung 38 in dem Schaltelement ausgebildet, während das Führungselement 40 mit dem zweiten Ring verbunden ist.
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Wenn sich die ersten Sperrelemente 16 und die zweiten Sperrelemente 26 in der Sperrposition befinden, befindet sich auch das Schaltelement 36 in einer der Sperrposition der zweiten Sperrelemente 26 entsprechenden axialen Sperrrelativlage. In der Sperrrelativlage ist das Führungselement 40 in einer in Umfangsrichtung umlaufenden Sperrspur 42 der Kulissenführung 38 positioniert. Der erste Ring 12 und der zweite Ring 14 können in diesem Betriebszustand allenfalls im Rahmen eines Spiels der Sperrelemente 16, 26 in Umfangsrichtung innerhalb der zweiten Vertiefungen 30 eine Relativdrehung erfahren, so dass auch das Führungselement 40 in der Sperrspur 42 im Rahmen dieses Spiels relativ verdreht werden kann. Wenn die ersten Sperrelemente 16 in der Freilaufstellung positioniert sind, beispielsweise weil der Kraftfahrzeugmotor ausgeschaltet ist und der erste Ring 12 nicht dreht, kann der zweite Ring 14 den ersten Ring 12 entlang einer zweiten Umfangsrichtung 41 überholen, was einem Überholen des ersten Rings 12 zum zweiten Ring 14 in einer der zweiten Umfangsrichtung 41 entgegengesetzten ersten Umfangsrichtung 44 entspricht. Der zweite Ring 14 kann hierbei an den zweiten Sperrelementen 26 entlanggleiten. Dadurch wird auch das Führungselement 40 in der Sperrspur 42 entlang der zweiten Umfangsrichtung 41 relativ zum Schaltelement 36 verlagert, bis das Führungselement 40 auf eine in die Sperrspur 42 einmündende Rampenspur 46 trifft. Das Führungselement 40 und/oder das Schaltelement 36 kann soweit in axialer Richtung federbelastet sein, dass das Führungselement 40 automatisch in die angeschrägt verlaufende Rampenspur 46 hineingelangt. Zusätzlich oder alternativ kann in der Sperrspur 40 eine Sperrlenkkontur 48 vorgesehen sein, an der das Führungselement 40 bei einer Relativbewegung entlang der zweiten Umfangsrichtung 41, wenn der erste Ring 12 den zweiten Ring 14 entlang der ersten Umfangsrichtung 44 überholt, anschlagen und durch einen gebogenen Verlauf der Sperrlenkkontur 48 in die Rampenspur 46 geleitet werden kann. Bei einer Relativdrehung in der entgegengesetzten Drehrichtung kann das Führungselement 40 die Sperrlenkkontur 48 überfahren ohne zu blockieren. Das Führungselement 40 kann hierbei in radialer Richtung, beispielsweise mit Hilfe einer Feder, nachgiebig ausgestaltet sein. In der Rampenspur 46 wird das Führungselement 40 in axialer Richtung soweit verlagert, dass das Führungselement 40 in eine in Umfangsrichtung umlaufende Freilaufspur 50 hineingelangt. In dieser Freilaufspur 50 kann das Führungselement 40 entlang der zweiten Umfangsrichtung 41 laufen ohne in die Sperrspur 42 zurück zu gelangen. Dadurch kann das Schaltelement 36 um den axialen Abstand der Sperrspur 42 zur Freilaufspur 50 relativ zum Führungselement 40 und damit zum zweiten Ring 14 in eine axiale Freilaufrelativlage, in welcher sich die zweiten Sperrelement 26 in der Freilaufstellung befinden, axial verlagert werden. Ein Schleifen der zweiten Sperrelemente 26 an dem zweiten Ring 14 kann dadurch vermieden werden.
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Wie in 5 dargestellt können die zweiten Sperrelemente 26 in Ihre Sperrstellung bewegt werden, indem das Führungselement 40 eine Relativbewegung zum Schaltelement 36 entlang der ersten Umfangsrichtung 44 erfährt, was einem Überholen des ersten Rings 12 zum zweiten Ring 14 entlang der zweiten Umfangsrichtung 41 entspricht. Das Führungselement 40 wird hierbei in der Freilaufspur 50 entlang der ersten Umfangsrichtung 44 relativ zum Schaltelement 36 soweit verlagert, bis das Führungselement 40 auf die in die Freilaufspur 50 einmündende Rampenspur 46 trifft. Das Führungselement 40 und/oder das Schaltelement 36 kann soweit in axialer Richtung federbelastet sein, dass das Führungselement 40 automatisch in die angeschrägt verlaufende Rampenspur 46 hineingelangt. Zusätzlich oder alternativ kann in der Freilaufspur 50 eine Freilauflenkkontur 52 vorgesehen sein, an der das Führungselement 40 bei einer Relativbewegung entlang der ersten Umfangsrichtung 44, wenn der erste Ring 12 den zweiten Ring 14 entlang der zweiten Umfangsrichtung 41 überholt, anschlagen und durch einen gebogenen Verlauf der Freilauflenkkontur 52 in die Rampenspur 46 geleitet werden kann. Bei einer Relativdrehung in der entgegengesetzten Drehrichtung kann das Führungselement 40 die Freilauflenkkontur 48 überfahren ohne zu blockieren. In der Rampenspur 46 wird das Führungselement 40 in axialer Richtung soweit verlagert, dass das Führungselement 40 in die Sperrspur 42 hineingelangt. Dadurch kann das Schaltelement 36 um den axialen Abstand der Sperrspur 42 zur Freilaufspur 50 relativ zum Führungselement 40 und damit zum zweiten Ring 14 in die axiale Sperrrelativlage axial verlagert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Freilauf
- 12
- erster Ring
- 14
- zweiter Ring
- 16
- erstes Sperrelement
- 18
- erster Schaltkäfig
- 20
- Feder
- 22
- Verzahnung
- 24
- Fliehkraftelement
- 26
- zweites Sperrelement
- 28
- erste Vertiefung
- 30
- zweite Vertiefung
- 32
- Federelement
- 34
- zweiter Schaltkäfig
- 36
- Schaltelement
- 38
- Kulissenführung
- 40
- Führungselement
- 41
- zweite Umfangsrichtung
- 42
- Sperrspur
- 44
- erste Umfangsrichtung
- 46
- Rampenspur
- 48
- Sperrlenkkontur
- 50
- Freilaufspur
- 52
- Freilauflenkkontur
