DE102014220072B4

DE102014220072B4 - Freilauf

Info

Publication number: DE102014220072B4
Application number: DE102014220072.5A
Authority: DE
Inventors: Philipp Rasch; Benjamin Stober
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-10-02
Filing date: 2014-10-02
Publication date: 2017-04-27
Anticipated expiration: 2034-10-03
Also published as: DE102014220072A1

Abstract

Freilauf, insbesondere beidseitiger Klinkenfreilauf, zum Sperren oder Unterbrechen einer Drehmomentübertragung, insbesondere zur wahlweisen Zuschaltung einer elektrischen Maschine an einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem, insbesondere als Innenring ausgestalten, ersten Ring (12) zum Einleiten und/oder Ausleiten eines Drehmoments, einem mit radialer Toleranz im Wesentlichen koaxial zum ersten Ring (12) angeordneten, insbesondere als Außenring ausgestalteten, zweiten Ring (14) zum Ausleiten und/oder Einleiten des Drehmoments, mehreren zwischen einer Sperrstellung und einer Freilaufstellung bewegbaren, insbesondere verschwenkbaren, ersten Sperrelementen (18), wobei das erste Sperrelement (18) in der Sperrstellung den ersten Ring (12) mit dem zweiten Ring (14) zur Drehmomentübertragung in einer ersten Umfangsrichtung sperrt und in der Freilaufstellung eine Relativdrehung des ersten Rings (12) zum zweiten Ring (14) zur Unterbrechung der Drehmomentübertragung zulässt, und mindestens einem, vorzugsweise mindestens drei, in radialer Richtung zwischen dem ersten Ring (12) und dem zweiten Ring (14) angeordneten Stützkörper (26) zum Abstützen des zweiten Rings (14) an dem ersten Ring (12), wenn sich sämtliche Sperrelemente (18) in der Freilaufstellung befinden, wobei der erste Ring (12) und/oder der zweite Ring (14) zu dem Stützkörper (26) relativ verdrehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (26) eine zu dem relativ zu dem Stützkörper (26) verdrehbaren Ring (14) weisende Gleitfläche (28) zum flächigen Abstützen und Abgleiten an dem relativ zu dem Stützkörper (26) verdrehbaren Ring (14) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Freilauf, mit dessen Hilfe wahlweise eine Drehmomentübertragung zugelassen oder unterbrochen werden kann, beispielsweise zur wahlweisen Zuschaltung einer elektrischen Maschine an einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
Aus der Veröffentlichung US 2006-0278487 A1 ist ein Freilauf zum Sperren oder Unterbrechen einer Drehmomentübertragung bekannt der auch dazu dienen kann, eine elektrische Maschine an einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zuzuschalten. Der Freilauf weist dabei zwei Ringe auf, die mit radialer Toleranz im Wesentlichen koaxial angeordnet sind. Weiterhin sind mehrere, zwischen einer Sperr- und einer Freilaufstellung bewegbare Sperrelemente, sowie mindestens ein zwischen den Ringen angeordnete Stützkörper zum Abstützen der Ringe aufeinander vorgesehen, wenn sich sämtliche Sperrelemente in der Freilaufstellung befinden. Der zweite Ring ist dabei relativ zu dem Stützkörper verdrehbar.
Ein in 1 dargestellter als beidseitiger Klinkenfreilauf ausgestalteter bekannter Freilauf 10 weist einen als Innenring ausgestalteten ersten Ring 12 und einen koaxial zum Innenring 12 angeordneten relativ verdrehbaren als Außenring ausgestalteten zweiten Ring 14 auf. Der Innenring 12 weist mehrere Aufnahmetaschen 16 auf, in die jeweils ein als Sperrklinke ausgestaltetes erstes Sperrelement 18 schwenkbar eingesetzt ist, so dass das erste Sperrelement 18 zwischen der dargestellten Sperrstellung, in der das erste Sperrelement 18 bei einer Relativdrehung in eine erste Umfangsrichtung in eine Sperrvertiefung 20 des Außenrings 14 eingreift, und einer Freilaufstellung, in der das erste Sperrelement 18 bei einer Relativdrehung in eine der ersten Umfangsrichtung entgegen gesetzten zweiten Umfangsrichtung gegen die Federkraft einer Stützfeder 22 aus der Sperrvertiefung 20 von dem Außenring 14 herausgedrückt wird, verschwenkt werden kann. Durch die Lagerung der ersten Sperrelemente 18 an dem ersten Ring 12 ist der erste Ring 12 mit den ersten Sperrelementen 18 mitdrehend ausgestaltet, während der zweite Ring 14 relativ zu den ersten Sperrelementen 18 verdrehbar ausgestaltet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zusätzlich zweite Sperrelement 24 vorgesehen, die zwischen der dargestellten Sperrstellung, in der das zweite Sperrelement 24 bei einer Relativdrehung in der zweiten Umfangsrichtung in die Sperrvertiefung 20 des Außenrings 14 eingreift, und der Freilaufstellung, in der das zweite Sperrelement 24 bei einer Relativdrehung in der ersten Umfangsrichtung gegen die Federkraft der Stützfeder 22 aus der Sperrvertiefung 20 von dem Außenring 14 herausgedrückt wird, verschwenkt werden können. Mit Hilfe eines nicht dargestellten relativ zum Innenring 12 verdrehbaren Schaltrings kann entweder das Sperrelement 18 oder das zweite Sperrelement 24 gegen die Federkraft der Stützfeder 22 in ihre Freilaufstellung gezwungen werden.
Es besteht ein ständiges Bedürfnis mit Hilfe eines Freilaufs hohe Drehmomente übertragen zu können ohne die Lebensdauer des Freilaufs zu beeinträchtigen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die einen Freilauf mit einer hohen Lebensdauer bei hohen zu übertragenden Drehmomenten ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Freilauf mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Erfindungsgemäß ist ein Freilauf, insbesondere beidseitiger Klinkenfreilauf, zum Sperren oder Unterbrechen einer Drehmomentübertragung, insbesondere zur wahlweisen Zuschaltung einer elektrischen Maschine an einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen mit einem, insbesondere als Innenring ausgestalten, ersten Ring zum Einleiten und/oder Ausleiten eines Drehmoments, einem mit radialer Toleranz 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 den ersten Ring mit dem zweiten Ring zur Drehmomentübertragung in einer ersten Umfangsrichtung sperrt und in der Freilaufstellung eine Relativdrehung des ersten Rings zum zweiten Ring zur Unterbrechung der Drehmomentübertragung zulässt, und mindestens einem, vorzugsweise mindestens drei, in radialer Richtung zwischen dem ersten Ring und dem zweiten Ring angeordneten Stützkörper zum Abstützen des zweiten Rings an dem ersten Ring, wenn sich sämtliche Sperrelemente in der Freilaufstellung befinden, wobei der erste Ring und/oder der zweite Ring zu dem Stützkörper relativ verdrehbar ist. Dabei weist der Stützkörper eine zu dem relativ zu dem Stützkörper verdrehbaren Ring weisende Gleitfläche zum flächigen Abstützen und Abgleiten an dem relativ zu dem Stützkörper verdrehbaren Ring auf. Wenn sich die ersten Sperrelemente in der Freilaufposition befinden oder ein Drehmoment in einer zur Drehmomentübertragung über die ersten Sperrelementen vorgesehenen entgegengesetzten Drehrichtung anliegt, können sich der erste Ring und der zweite Ring relativ zueinander verdrehen. Durch die vergleichsweise großflächige Gleitfläche des Stützkörpers kann ein Abgleiten mit nur geringen Flächenpressungen erfolgen, wodurch Reibungsverluste minimiert und eine hohe Lebensdauer erreicht werden kann. Zudem kann die Gleitfläche eine Erstreckung in Umfangsrichtung aufweisen, die so groß ist, dass ein Eintauchen der Gleitfläche des Stützkörpers in eine Sperrvertiefung vermieden ist. Insbesondere ist die Erstreckung der Gleitfläche in Umfangsrichtung größer als die Erstreckung der Sperrvertiefung in Umfangsrichtung. Ein Verkanten und/oder fehlerhaftes Zentrieren kann dadurch vermieden werden.
Bei der Übertragung eines möglichst großen Drehmoments zwischen dem ersten Ring und dem zweiten Ring ist ein Kraftfluss über genau ein Sperrelement in der Regel nicht ausreichend. Das Sperrelement kann in der Sperrstellung zwischen dem ersten Ring und dem zweiten Ring verklemmt sein und auf Druck belastet werden, so dass in dem Fall, dass der gesamte Kraftfluss über nur ein einziges Sperrelement läuft das Sperrelement plastisch verformt werden oder sogar knicken kann. Ferner kann der erste Ring und/oder der zweite Ring von dem verklemmten Sperrelement plastisch deformiert werden. Ferner werden dadurch erhebliche Querkräfte auf eine Lagerung des Freilaufs ausgeübt. Wenn ein möglichst großes Drehmoment übertragen werden soll, sollte daher sichergestellt werden, dass möglichst viele Sperrelemente gleichzeitig im Kraftfluss zwischen dem ersten Ring und dem zweiten Ring zur Drehmomentübertragung wirksam sind. Es wurde jedoch herausgefunden, dass durch Fertigungstoleranzen das Ausmaß, mit dem verschiedene Sperrelemente bei einer gleichen Relativwinkellage in der Sperrstellung in radialer Richtung von dem ersten Ring abstehen, variieren kann, so dass es grundsätzlich möglich ist, dass das der erste Ring, der zweite Ring und/oder das eine Sperrelement im Betrieb erst plastisch verformt wird bis das andere Sperrelement wirksam wird. Nach der plastischen Verformung des einen Sperrelements und/oder des ersten Rings und/oder des zweiten Rings kann bei einem weiteren Schaltvorgang des Freilaufs ein anderes Sperrelement zuerst verklemmt werden, wodurch dann der erste Ring und/oder der zweite Ring an einer weiteren Stelle und/oder das andere Sperrelement ebenfalls plastisch verformt werden und so weiter. Dadurch kann die Lebensdauer und/oder das maximal mögliche übertragbare Drehmoment des Freilaufs erheblich reduziert sein. Die sich zwischen dem Sperrelement und dem sich relativ zu dem Sperrelement verdrehbaren Ring in Sperrstellung ergebene Fertigungstoleranz kann sich insbesondere zusammensetzen durch eine Lagetoleranz einer beispielsweise in dem mit dem Sperrelement mitdrehenden Ring vorgesehenen Aufnahmetasche zur schwenkbaren Lagerung des Sperrelements, einer Fertigungstoleranz bei der Formgebung der Aufnahmetasche, einer Lagetoleranz des Sperrelements in der Aufnahmetasche, einer Fertigungstoleranz des Sperrelements, insbesondere bezüglich der Länge des Sperrelements, einer Lagetoleranz einer in dem relativ zu dem Sperrelement verdrehbaren Ring vorgesehenen Sperrvertiefung und einer Fertigungstoleranz bei der Formgebung der Sperrvertiefung. Die Fertigungstoleranz zwischen dem Sperrelement und dem zweiten Ring ist somit das Ergebnis einer längeren Toleranzkette, so dass eine Erhöhung der Toleranzanforderungen zu einer erhebliche Erhöhung der Herstellungskosten des Freilaufs führen würde. Ferner kann die radiale Toleranz des ersten Rings zum zweiten Ring und eine insbesondere dadurch erreichbare schwimmende Lagerung des zweiten Rings an dem ersten Ring oder umgekehrt durchaus vorteilhaft sein, beispielsweise um die Montage des Freilaufs zu vereinfachen und Toleranzen ausgleichen zu können. Ferner kann durch die schwimmende Lagerung ein separates Lager zwischen dem ersten Ring und dem zweiten Ring eingespart werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Freilauf kann mit Hilfe des mindestens einen Stützkörpers in der Freilaufstellung sämtlicher Sperrelemente die radiale Verschiebbarkeit des zweiten Rings relativ zum ersten Ring auf ein geringeres Ausmaß als die ursprüngliche radiale Lagetoleranz der Mittelpunkte des zweiten Rings zum ersten Ring begrenzt werden und dadurch zumindest eine Grobzentrierung des zweiten Rings zum ersten Ring erreicht werden. Bei der mit Hilfe der Stützkörper erreichten Grobzentrierung kann der maximale radiale Versatz der Mittelpunkte des zweiten Rings zum ersten Ring geringer sein als der toleranzbedingte Versatz der schwimmend gelagerten Ringe zueinander während der Montage, wobei ein radialer Versatz durch die in der Sperrstellung befindlichen Sperrelementen eliminiert werden kann. Die Grobzentrierung kann den maximalen radialen Versatz der Ringe zueinander begrenzen, wenn sich sämtliche Sperrelemente in der Freilaufposition befinden. Dadurch kann mit Hilfe der Stützelemente auch dann eine gute Zentrierung des ersten Rings zum zweiten Ring erfolgen, wenn sich die Sperrelemente in der Freilaufposition befinden, ohne dass es auf Toleranzen einer Aufnahmetasche oder anderer Bauelemente maßgeblich ankommt. Diese Grobzentrierung erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass die Sperrelemente bei Ihrer Bewegung von der Freilaufstellung in die Sperrstellung nahezu gleichzeitig an dem relativ zu den Sperrelementen verdrehbaren Ring auftreffen und ihn mit dem mitdrehenden Ring verklemmen, so dass ein Kraftfluss über nur ein Sperrelement vermieden ist. Über die vorgesehene Lebensdauer des Freilaufs kann dadurch die Anzahl der Situationen, bei denen ein Kraftfluss über nur ein Sperrelement, zumindest deutlich reduziert werden, so dass geringe Bauteilanforderungen, insbesondere bezüglich der Dauerfestigkeit, gestellt werden können. Die Sicherstellung einer ausreichenden Zeitfestigkeit kann bereits ausreichend sein, so dass durch die geringeren Bauteilanforderungen Herstellungskosten eingespart werden können. Dadurch ist es nicht erforderlich für den Freilauf ein kompliziertes System, beispielsweise zum winkelgesteuerten Schalten der Sperrelemente zwischen der Freilaufstellung und der Sperrstellung, vorzusehen, um den Freilauf zu betätigen.
Insbesondere kann vermieden werden oder zumindest das Risiko reduziert werden, dass bei an einem mitdrehenden Ring gelagerten als schwenkbare Sperrklinken ausgestalteten Sperrelementen zunächst nur eines der Sperrelemente in eine Sperrvertiefung eines relativ zu den Sperrelementen verdrehbaren Rings eingreift und durch eine Drehbewegung des relativ zu den Sperrelementen verdrehbaren Rings um den Kontaktpunkt dieses Sperrelements in der Sperrvertiefung ein anderes Sperrelement oder mehrere andere Sperrelemente zu ihrer zugeordneten Sperrvertiefung versetzt den relativ zu den Sperrelementen verdrehbaren Ring kontaktieren und kein Drehmoment übertragen können. Dadurch kann vermieden werden, dass der erste Ring und der zweite Ring aneinander anschlagen und/oder der andere Ring an einem Zentrierelement anschlägt, wodurch signifikante hohe Kräfte an hierfür nicht dauerhaft ausgelegten Bauteilen auftreten können. Das Risiko eines Systemversagens des Freilaufs ist dadurch zumindest reduziert. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass im Sperrbetrieb, wenn die Sperrelemente den ersten Ring mit dem zweiten Ring zur Drehmomentübertragung sperren, eine Zentrierung über die Sperrelemente erfolgt und eine Kraftfluss über den Stützkörper nicht erforderlich ist und der Stützkörper zu dem ersten Ring und/oder zu dem zweiten Ring radial beabstandet sein kann, während im Freilaufbetrieb, wenn sämtliche Sperrelemente sich in ihrer Freilaufstellung befinden, ein Absacken und/oder eine zu starker radialer Versatz des zweiten Rings zum ersten Ring mit Hilfe des Stützkörpers begrenzt werden kann, um eine nachfolgende korrekte Zentrierung des zweiten Rings zum ersten Ring bei einer Bewegung der Sperrelemente von ihrer Freilaufstellung in ihre Sperrstellung sicherzustellen. Mit Hilfe des mindestens einen Stützkörpers kann in der Freilaufstellung sämtlicher Sperrelemente zumindest eine Grobzentrierung des zweiten Rings zum ersten Ring erreicht werden, wodurch bei einer Bewegung der Sperrelemente von der Freilaufstellung in die Sperrstellung eine genauere Zentrierung des zweiten Rings zum ersten Ring mit einem gleichzeitigen Tragen der in der Sperrstellung angekommenen Sperrelemente mit einer erhöhten Wahrscheinlichkeit erreicht werden kann, so dass ein Freilauf mit einer hohen Lebensdauer bei hohen zu übertragenden Drehmomenten ermöglicht ist.
Der erste Ring kann als Innenring ausgestaltet sein, während der zweite Ring als Außenring ausgestaltet ist. Alternativ kann der erste Ring als Außenring ausgestaltet sein, während der zweite Ring als Innenring ausgestaltet ist. Insbesondere sind die mehreren ersten Sperrelemente in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet. Der erste Ring und/oder der zweite Ring weist insbesondere eine Sperrvertiefung auf, in welche das erste Sperrelement insbesondere von einem Schaltring und/oder einem Federelement in die Sperrstellung hinein gedrückt werden kann, um zwischen dem ersten Ring und dem zweiten Ring ein Drehmoment zu übertragen. In der Sperrstellung kann das Sperrelement insbesondere formschlüssig zwischen dem ersten Ring und dem zweiten Ring verklemmt sein. Insbesondere können in Umfangsrichtung mehrere Stützkörper, vorzugsweise gleichmäßig verteilt, vorgesehen sein, beispielsweise um eine Dreipunktzentrierung erreichen zu können. Bei mehreren, insbesondere mehr als drei, Stützkörpern kann die Zentrierung verbessert und das Risiko eines Kraftflusses über nur ein Sperrelement weiter reduziert sein. Vorzugsweise sind mehrere Stützkörper, insbesondere alle Stützkörper, über ein Verbindungsstück, insbesondere ein ringförmiger Verbindungsring, miteinander verbunden, so dass ein definierter Abstand der Stützkörper zueinander vorgegeben sein kann. Das insbesondere als Verbindungsring ausgestaltete Verbindungstück kann vorzugsweise in axialer Richtung aus einem für die Sperrelemente vorgesehenen radialen Zwischenraum zwischen dem ersten Ring und dem zweiten Ring heraus positioniert sein, so dass eine Kollision des Verbindungselements mit dem Sperrelement vermieden werden kann.
Der Freilauf kann insbesondere in einer mit einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors gekoppelten Riemenscheibe, insbesondere zum Antrieb von Kraftfahrzeugnebenaggregaten und/oder zur Anbindung eines vorzugsweise als Startergenerators ausgebildeten Starters zum Starten des Kraftfahrzeugmotors, vorgesehen sein, um die Riemenscheibe über den Freilauf mit der Antriebswelle zu koppeln. Insbesondere kann über die Riemenscheibe eine elektrische Maschine an einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angekoppelt werden. Der Freilauf kann insbesondere als einseitiger schaltbarer Freilauf oder zweiseitig schaltbarer Freilauf ausgestaltet sein. Der Freilauf kann beispielsweise als Klinkenfreifreilauf, Klemmkörperfreilauf oder Rollenfreilauf ausgestaltet sein. Hierzu kann das erste Sperrelement insbesondere als schwenkbar gelagerte Sperrklinke ausgestaltet sein, die vorzugsweise in der Sperrstellung in eine Sperrvertiefung hinein geschwenkt sein kann. Das erste Sperrelement kann auch als Klemmkörper ausgestaltet sein, der beispielweise in einem Käfig kippbar gelagert sein kann und von einem Schaltring in eine bei der Drehmomentübertragung insbesondere selbstverstärkende Klemmposition in der Sperrstellung verkippt werden kann. Das erste Sperrelement kann auch als Rollkörper, beispielsweise Zylinder oder Kugel, ausgestaltet sein, der von einem Schaltring in Umfangsrichtung entlang einer schiefen Ebene in eine bei der Drehmomentübertragung insbesondere selbstverstärkende Klemmposition in der Sperrstellung verlagert werden kann. Je nach Ausgestaltung des ersten Sperrelements kann das erste Sperrelement bei der Bewegung zwischen der Freilaufstellung und der Sperrstellung eine Schwenkbewegung, eine Verlagerung in radialer Richtung und/oder eine Verlagerung in Umfangsrichtung ausführen. Wenn der zweite Ring den ersten Ring überholt, kann im gesperrten Zustand des Freilaufs von dem zweiten Ring eine Drehmomentübertragung an den ersten Ring in der ersten Umfangsrichtung erfolgen. Wenn der erste Ring den zweiten Ring überholt, kann im gesperrten Zustand des Freilaufs von dem ersten Ring eine Drehmomentübertragung an den zweiten Ring in einer der ersten Umfangsrichtung entgegen gesetzten zweiten Umfangsrichtung erfolgen. Insbesondere ist ein Schaltring zum Bewegen der ersten Sperrelemente zwischen der Freilaufstellung und der Sperrstellung vorgesehen. Der Schaltring kann beispielsweise mit Hilfe eines Aktors vorzugsweise gegen die Federkraft einer Rückstellfeder betätigt werden. Die Rückstellfeder kann den Schaltring bei einer nachlassenden Betätigungskraft des Aktors in eine definierte Ausgangsstellung zurück bewegen. Vorzugsweise sind zweite Sperrelemente zur Übertragung eines Drehmoments in einer der Übertragungsrichtung der ersten Sperrelemente entgegen gesetzten Umfangsrichtung vorgesehen, wobei die zweiten Sperrelemente insbesondere von einem zweiten Schaltring oder dem für die ersten Sperrelemente vorgesehenen Schaltring zwischen der Sperrstellung und der Freilaufstellung bewegt werden können. Die zweiten Sperrelemente sind insbesondere analog, insbesondere spiegelbildlich, zu den ersten Sperrelementen ausgestaltet.
Insbesondere weist der zweite Ring zu dem ersten Ring in radialer Richtung ein Ringspiel e_R auf, wobei der Stützkörper in radialer Richtung zu dem zweiten Ring oder zu dem ersten Ring ein Stützspiel e_S aufweist, wobei 0,00 ≤ e_S/e_R < 1,00, insbesondere 0,05 ≤ e_S/e_R ≤ 0,75, vorzugsweise 0,10 ≤ e_S/e_R ≤ 0,50 und besonders bevorzugt 0,15 ≤ e_S/e_R ≤ 0,25 gilt. Mit Hilfe des Stützkörpers kann das zwischen dem ersten Ring und dem zweiten Ring vorgesehene Spiel reduziert, insbesondere eliminiert, werden, so dass eine entsprechend genauere Zentrierung des zweiten Rings zum ersten Ring erfolgen kann, wenn sich sämtliche Sperrelemente in ihrer Freilaufposition befinden und keine Zentrierung über die Sperrelemente erfolgt.
Vorzugsweise ist der Stützkörper als zu dem ersten Ring und dem zweiten Ring separates Bauteil ausgestaltet, wobei der Stützkörper, insbesondere über eine in eine Haltenut eingreifende Halteklinke, drehfest mit dem ersten Ring oder mit dem zweiten Ring befestigt ist. Alternativ kann der Stützkörper einstückig mit dem ersten Ring oder mit dem zweiten Ring ausgestaltet sein. Durch die mehrteilige Ausgestaltung, indem der Stützkörper als separates Bauteil ausgestaltet ist, kann die Fertigung des ersten Rings und des zweiten Rings vereinfacht und kostengünstiger sein. Insbesondere ist es möglich bei der Montage des Freilaufs zunächst den ersten Ring und den zweiten Ring mit einer größeren radialen Toleranz zu montieren und erst danach mit Hilfe des Stützkörpers die radiale Toleranz zu reduzieren. Insbesondere ist es möglich verschiedene Stützkörper mit unterschiedlichen radialen Erstreckungen vorzuhalten, um mit Hilfe des jeweils am besten geeigneten Stützkörpers in Abhängigkeit von der aktuell vorliegenden radialen Fertigungstoleranz die radiale Toleranz zu minimieren. Der Stützkörper kann während der Montage insbesondere durch eine axiale Relativbewegung drehfest mit dem entsprechenden Ring verbunden werden, indem die insbesondere in radialer Richtung abstehende Halteklinke in die korrespondierende Haltenut des zugeordneten Rings eingefädelt wird. Die in der Haltenut eingesetzte Halteklinke kann dadurch eine formschlüssige drehfeste Verbindung mit dem entsprechenden Ring ausbilden. Insbesondere ist der Stützkörper mit dem Ring drehfest befestigt, mit dem auch die ersten Sperrelemente befestigt und/oder an dem die ersten Sperrelemente abgestützt sind. Dadurch kann sicher vermieden sein, dass im Freilaufbetrieb des Freilaufs der Stützkörper an den ersten Sperrelementen anschlägt.
Insbesondere ist der Stützkörper zumindest teilweise in Umfangsrichtung zwischen zwei in Umfangsrichtung nachfolgenden Sperrelementen angeordnet, wobei in Umfangsrichtung betrachtet die Sperrelemente zumindest einen Teil des Stützkörpers überdecken. Der Stützkörper kann dadurch in einem freien Bauraum positioniert werden, der innerhalb des Freilaufs zwischen den Sperrelementen und den Ringen vorgesehen ist. Der Bauraumbedarf kann dadurch gering gehalten werden. Gleichzeitig kann eine in radialer Richtung auf die Sperrelemente zu weisende Mantelfläche des ersten Rings und/oder des zweiten Rings zur Abstützung auf den Stützkörper genutzt werden.
Vorzugsweise weist der Stützkörper eine Konuskontur zur Zentrierung des relativ zu dem Stützkörper verdrehbaren Rings auf, wobei die Konuskontur in axialer Richtung relativ bewegbar zum ersten Ring und/oder zum zweiten Ring ausgestaltet ist. Durch die axiale Bewegung zumindest eines Teils des Stützkörpers kann die Konuskontur des Stützkörpers an dem relativ zum Stützkörper verdrehbaren Ring abgleiten und dabei das radiale Spiel eliminieren oder zumindest reduzieren. Vorzugsweise ist die axiale Bewegung der Konuskontur, insbesondere über einen an den ersten Sperrelementen angreifenden Schaltring, mit der Bewegung der ersten Sperrelemente zwischen der Freilaufstellung und der Sperrstellung bewegungsgekoppelt, so dass der Stützkörper nur dann eine Zentrierung des zweiten Rings zum ersten Ring ausführt, wenn die ersten Sperrelemente in die Freilaufposition bewegt werden.
Besonders bevorzugt ist ein eine an der Konuskontur des Stützkörpers abgestützte Gegenkontur ausbildendes Stützelement vorgesehen, wobei das Stützelement einstückig mit dem relativ zu dem Stützkörper verdrehbaren Ring ausgestaltet ist oder als separates Bauteil mit dem relativ zu dem Stützkörper verdrehbaren Ring befestigt ist. Das Stützelement kann insbesondere in axialer Richtung außerhalb einer zu den ersten Sperrelementen weisenden Mantelfläche angeordnet sein, so dass eine entsprechende Bearbeitung der Mantelfläche zur Ausbildung der Gegenkontur vermieden werden kann. Insbesondere kann das Stützelement als separates Bauteil ausgestaltet werden, das erst zu einem späteren Zeitpunkt mit dem entsprechenden Ring verbunden wird. Die Herstellung der entsprechenden Bauteile kann dadurch einfacher und kostengünstiger erfolgen.
Insbesondere ist die Konuskontur in axialer Richtung mit einer Federkraft vorgespannt, wobei insbesondere der über die Konuskontur auf den relativ zu dem Stützkörper verdrehbaren Ring wirkende Anteil der Federkraft die Gewichtskraft des relativ zu dem Stützkörper verdrehbaren Rings übersteigt. Durch die Federkraft kann eine automatische Zentrierung des zweiten Rings zum ersten Ring erfolgen. Hierbei kann insbesondere ein schwerkraftbedingtes Absinken des ersten Rings oder zweiten Rings vermieden werden.
Vorzugsweise weist der zweite Ring zu dem ersten Ring in radialer Richtung ein Ringspiel e_R auf, wobei die Konuskontur des Stützkörpers in radialer Richtung zu dem zweiten Ring oder zu dem ersten Ring ein Konusspiel e_K aufweist, wobei 0,00 ≤ e_K/e_R < 1,00, insbesondere 0,05 ≤ e_K/e_R ≤ 0,75, vorzugsweise 0,10 ≤ e_K/e_R ≤ 0,50 und besonders bevorzugt 0,15 ≤ e_K/e_R ≤ 0,25 gilt. Das Konusspiel e_K wird in einer im regulären Betrieb erreichbaren axialen Relativlage zu einer an der Konuskontur angreifbaren Gegenkontur des zweiten Rings oder des ersten Rings gemessen, in welcher das Konusspiel e_K maximal ist. Mit Hilfe der Konuskontur kann bereits eine Grobzentrierung erreicht werden, auch wenn noch nicht nach einer axialen Verlagerung der Konuskontur relativ zur Gegenkontur das zwischen dem ersten Ring und dem zweiten Ring vorgesehene Spiel reduziert, insbesondere eliminiert, ist. Dadurch kann eine entsprechend genauere Zentrierung des zweiten Rings zum ersten Ring erfolgen, wenn sich sämtliche Sperrelemente in ihrer Freilaufposition befinden und keine Zentrierung über die Sperrelemente erfolgt.
Besonders bevorzugt ist der Stützkörper aus einem umgebogenen, insbesondere umgefalteten, Blech hergestellt. Der Stützkörper kann dadurch einfach und kostengünstig hergestellt sein. Insbesondere kann dadurch leicht eine radial abstehende Halteklinke ausgebildet werden, die drehfest in einer Haltenut des ersten Rings oder des zweiten Rings eingesetzt sein kann.
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. Mit Hilfe des mindestens einen Stützkörpers des Freilaufs kann in der Freilaufstellung sämtlicher Sperrelemente zumindest eine Grobzentrierung des zweiten Rings zum ersten Ring erreicht werden, wodurch bei einer Bewegung der Sperrelemente von der Freilaufstellung in die Sperrstellung eine korrekte Zentrierung des zweiten Rings zum ersten Ring mit einem gleichzeitigen Tragen der in der Sperrstellung angekommenen Sperrelemente sichergestellt werden kann, so dass eine Riemenscheibenanordnung mit einer hohen Lebensdauer bei hohen zu übertragenden Drehmomenten ermöglicht ist.
Die Erfindung betrifft ferner einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem Kraftfahrzeugmotor, insbesondere Verbrennungsmotor oder elektrische Maschine, einem Kraftfahrzeuggetriebe und einem zwischen dem Kraftfahrzeugmotor und dem Kraftfahrzeuggetriebe zwischengeschalteten Freilauf, der wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, zur wahlweisen Übertragung eines Drehmoments zwischen dem Kraftfahrzeugmotor und dem Kraftfahrzeuggetriebe und/oder einem zwischen zwei Kraftfahrzeugmotoren zwischengeschalteten Freilauf, der wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, zur wahlweisen Übertragung eines Drehmoments zwischen den Kraftfahrzeugmotoren, insbesondere zum Starten eines Verbrennungsmotors mit Hilfe einer elektrischen Maschine und/oder zur Rekuperation. Der Freilauf kann insbesondere Teil einer Riemenscheibenanordnung sein, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann. Mit Hilfe des mindestens einen Stützkörpers des Freilaufs kann in der Freilaufstellung sämtlicher Sperrelemente zumindest eine Grobzentrierung des zweiten Rings zum ersten Ring erreicht werden, wodurch bei einer Bewegung der Sperrelemente von der Freilaufstellung in die Sperrstellung eine genauere Zentrierung des zweiten Rings zum ersten Ring mit einem gleichzeitigen Tragen der in der Sperrstellung angekommenen Sperrelemente mit einer erhöhten Wahrscheinlichkeit erreicht werden kann, so dass ein Antriebsstrang mit einer hohen Lebensdauer bei hohen zu übertragenden Drehmomenten ermöglicht ist. Mit Hilfe des Freilaufs kann insbesondere wahlweise ein Verbrennungsmotor und/oder eine elektrische Maschine an- und/oder abgekoppelt werden, so dass beispielsweise mit Hilfe der elektrischen Maschine der Verbrennungsmotor gestartet werden kann, ein mit Hilfe des Verbrennungsmotors rein mechanischer Betrieb des Antriebsstrangs ermöglicht ist, ein mit Hilfe der elektrischen Maschine rein elektrischer Betrieb des Antriebsstrangs ermöglicht ist, über einen zum Energieeintrag des Verbrennungsmotors mit Hilfe der elektrischen Maschine zusätzlichen Energieeintrag ein Boost-Betrieb ermöglicht ist, im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine Bremsenergie rückgewonnen werden kann („Rekuperation”), im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine ein elektrischer Energiespeicher, insbesondere eine Kraftfahrzeugbatterie, aufgeladen werden kann und/oder bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor und stehendem Kraftfahrzeug ein Nebenaggregat, insbesondere ein Klimakompressor einer Klimaanlage für einen Standklimatisierungsbetrieb, elektrisch betrieben werden kann.
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:
1: eine schematische Schnittansicht eines vorbekannten Klinkenfreilaufs,
2: eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Freilaufs und
3: eine schematische Schnittansicht eines Teils des Freilaufs aus 2.
Der in 2 dargestellte erfindungsgemäße Freilauf 10 weist sowohl mehrere als Sperrklinke ausgestaltete erste Sperrelemente 18 als auch mehrere als Sperrklinke ausgestaltete zweite Sperrelemente 24 auf, die an einem als Innenring ausgestalteten ersten Ring 12 in Aufnahmetaschen 16 schwenkbar gelagert sein können. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedem ersten Sperrelement 18 und jedem zweiten Sperrelement 24 eine eigene Sperrvertiefung 20 zugeordnet, wobei es auch möglich ist für ein aus jeweils einem ersten Sperrelement 18 und einem zweiten Sperrelement 24 bestehenden Paar Sperrelemente 18, 24 eine gemeinsame Sperrvertiefung 20 vorzusehen. Insbesondere greift an dem ersten Sperrelement 18 und/oder an dem zweiten Sperrelement 24 ein nicht dargestellte Stützfeder an, welche das zugeordnete Sperrelement 18, 24 in die Sperrstellung drückt. Mit Hilfe eines nicht dargestellten, insbesondere ringförmigen, Schaltelements kann das erste Sperrelement 18 und/oder das zweite Sperrelement 24, vorzugsweise gegen die Federkraft der Stützfeder, zwischen der Sperrstellung und der Freilaufstellung geschaltet werden, wobei für die ersten Sperrelemente 18 und die zweiten Sperrelemente 24 ein gemeinsames Schaltelement oder jeweils separate Schaltelemente vorgesehen sein können.
In radialer Richtung zwischen dem ersten Ring 12 und dem zweiten Ring 14 sowie in Umfangsrichtung zwischen dem ersten Sperrelement 18 und dem zweiten Sperrelement 24 ist jeweils ein Stützkörper 26 vorgesehen, welche den zweiten Ring 14 zum ersten Ring 12 zumindest grob zentrieren, wenn sämtliche Sperrelemente 18, 24 sich in ihrer Freilaufstellung befinden und keine Zentrierung über die Sperrelemente 18, 24 erfolgt. Der Stützkörper 26 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als ein separates drehfest mit dem ersten Ring 12 verbundenes Bauteil ausgestaltet. Der Stützkörper 26 weist eine zum relativ zum Stützkörper 26 verdrehbaren zweiten Ring 14 weisende Gleitfläche 28 auf, deren Erstreckung in Umfangsrichtung größer als die Erstreckung der Sperrvertiefung 20 ist, so dass der Stützkörper 26 nicht versehentlich in eine von den Sperrelementen 18, 24 nicht genutzte und in radialer Richtung zu dem Stützkörper 26 positionierte Sperrvertiefung 20 eintauchen kann.
Wie in 3 dargestellt kann der Stützkörper 26 aus einem gefalteten Blech hergestellt sein und dadurch leicht die Gleitfläche 28 und eine radial abstehende Halteklinke 30, die drehfest in eine korrespondierende Haltenut 32 des ersten Rings 12 eingreifen kann, ausgestalten. An dem Blech des Stützkörpers 26 kann sich über ein Federelement 34 ein Konuselement 36 in axialer Richtung beweglich abstützen, so dass über das Konuselement 36 zumindest ein Teil des Stützkörpers 26 zum ersten Ring 12 und zum zweiten Ring 14 axial bewegbar ist. Das Konuselement 36 weist eine Konuskontur 38 auf, die an einer Gegenkontur 40 eines Stützelements 42 abgleiten kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Stützelement 42 als ein separates fest mit dem zweiten Ring 14 verbundenes Bauteil ausgestaltet. Die Federkraft des Federelements 34 kann das Konuselement 36 gegen die Gegenkontur 40 des Stützelements 42 drücken und dadurch den zweiten Ring 14 relativ zum ersten Ring 12 selbst dann zentrieren, wenn eine Zentrierung über die Sperrelemente 18, 24 nicht erfolgt.
Bezugszeichenliste

10: Freilauf
12: erster Ring
14: zweiter Ring
16: Aufnahmetasche
18: erstes Sperrelement
20: Sperrvertiefung
22: Stützfeder
24: zweites Sperrelement
26: Stützkörper
28: Gleitfläche
30: Halteklinke
32: Haltenut
34: Federelement
36: Konuselement
38: Konuskontur
40: Gegenkontur
42: Stützelement

Claims

Freilauf, insbesondere beidseitiger Klinkenfreilauf, zum Sperren oder Unterbrechen einer Drehmomentübertragung, insbesondere zur wahlweisen Zuschaltung einer elektrischen Maschine an einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem, insbesondere als Innenring ausgestalten, ersten Ring (12) zum Einleiten und/oder Ausleiten eines Drehmoments, einem mit radialer Toleranz im Wesentlichen koaxial zum ersten Ring (12) angeordneten, insbesondere als Außenring ausgestalteten, zweiten Ring (14) zum Ausleiten und/oder Einleiten des Drehmoments, mehreren zwischen einer Sperrstellung und einer Freilaufstellung bewegbaren, insbesondere verschwenkbaren, ersten Sperrelementen (18), wobei das erste Sperrelement (18) in der Sperrstellung den ersten Ring (12) mit dem zweiten Ring (14) zur Drehmomentübertragung in einer ersten Umfangsrichtung sperrt und in der Freilaufstellung eine Relativdrehung des ersten Rings (12) zum zweiten Ring (14) zur Unterbrechung der Drehmomentübertragung zulässt, und mindestens einem, vorzugsweise mindestens drei, in radialer Richtung zwischen dem ersten Ring (12) und dem zweiten Ring (14) angeordneten Stützkörper (26) zum Abstützen des zweiten Rings (14) an dem ersten Ring (12), wenn sich sämtliche Sperrelemente (18) in der Freilaufstellung befinden, wobei der erste Ring (12) und/oder der zweite Ring (14) zu dem Stützkörper (26) relativ verdrehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (26) eine zu dem relativ zu dem Stützkörper (26) verdrehbaren Ring (14) weisende Gleitfläche (28) zum flächigen Abstützen und Abgleiten an dem relativ zu dem Stützkörper (26) verdrehbaren Ring (14) aufweist.
Freilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ring (14) zu dem ersten Ring (12) in radialer Richtung ein Ringspiel e_R aufweist, wobei der Stützkörper (26) in radialer Richtung zu dem zweiten Ring (14) oder zu dem ersten Ring (12) ein Stützspiel e_S aufweist, wobei 0,00 ≤ e_S/e_R < 1,00, insbesondere 0,05 ≤ e_S/e_R ≤ 0,75, vorzugsweise 0,10 ≤ e_S/e_R ≤ 0,50 und besonders bevorzugt 0,15 ≤ e_S/e_R ≤ 0,25 gilt.
Freilauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (26) als zu dem ersten Ring (12) und dem zweiten Ring (14) separates Bauteil ausgestaltet ist, wobei der Stützkörper (26), insbesondere über eine in eine Haltenut (32) eingreifende Halteklinke (30), drehfest mit dem ersten Ring (12) oder mit dem zweiten Ring (14) befestigt ist.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (26) zumindest teilweise in Umfangsrichtung zwischen zwei in Umfangsrichtung nachfolgenden Sperrelementen (18, 24) angeordnet ist, wobei in Umfangsrichtung betrachtet die Sperrelemente (18, 24) zumindest einen Teil des Stützkörpers (26) überdecken.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (26) eine Konuskontur (38) zur Zentrierung des relativ zu dem Stützkörper (26) verdrehbaren Rings (14) aufweist, wobei die Konuskontur (38) in axialer Richtung relativ bewegbar zum ersten Ring (12) und/oder zum zweiten Ring (14) ausgestaltet ist.
Freilauf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein eine an der Konuskontur (38) des Stützkörpers (26) abgestützte Gegenkontur (40) ausbildendes Stützelement (42) vorgesehen ist, wobei das Stützelement (42) einstückig mit dem relativ zu dem Stützkörper (26) verdrehbaren Ring (14) ausgestaltet ist oder als separates Bauteil mit dem relativ zu dem Stützkörper (26) verdrehbaren Ring (14) befestigt ist.
Freilauf nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Konuskontur (38) in axialer Richtung mit einer Federkraft vorgespannt ist, wobei insbesondere der über die Konuskontur (38) auf den relativ zu dem Stützkörper (26) verdrehbaren Ring (14) wirkende Anteil der Federkraft die Gewichtskraft des relativ zu dem Stützkörper (26) verdrehbaren Rings (14) übersteigt.
Freilauf nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ring (14) zu dem ersten Ring (12) in radialer Richtung ein Ringspiel e_R aufweist, wobei die Konuskontur (38) des Stützkörpers (26) in radialer Richtung zu dem zweiten Ring (14) oder zu dem ersten Ring (12) in Konusspiel e_K aufweist, wobei 0,00 ≤ e_K/e_R < 1,00, insbesondere 0,05 ≤ e_K/e_R ≤ 0,75, vorzugsweise 0,10 ≤ e_K/e_R ≤ 0,50 und besonders bevorzugt 0,15 ≤ e_K/e_R ≤ 0,25 gilt.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (26) aus einem umgebogenen, insbesondere umgefalteten, Blech hergestellt ist.