DE102015203283A1

DE102015203283A1 - Drehmomentübertragungseinrichtung mit Verkippungsminimierung in Freilaufeinheit

Info

Publication number: DE102015203283A1
Application number: DE102015203283.3A
Authority: DE
Inventors: Oswald Friedmann; Michael Metz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2015-09-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungseinrichtung zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem, von einem Startermotor rotierend antreibbaren Antriebskranz und mit einer, einen Freilaufinnenring und einen Freilaufaußenring aufweisenden Freilaufeinheit, wobei einerseits der Freilaufinnenring mittels eines ersten Koppelstückes mit dem Antriebskranz sowie andererseits der Freilaufaußenring mit einem zweiten, mit einer Kurbelwelle verbindbaren Koppelstück verbunden ist, und der Freilaufinnenring sowie der Freilaufaußenring in einem Antriebszustand des Antriebskranzes in einer ersten Drehrichtung drehfest miteinander verbunden sind, wobei zumindest eines der Koppelstücke einen Kraftumleitabschnitt aufweist, der derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass eine auf den Antriebskranz einwirkende Umfangskraft im Antriebszustand gezielt zumindest teilweise in eine längs zu einer gedachten Radiallinie der Drehmomentübertragungseinheit wirkende Radialkraft umgeleitet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungseinrichtung, die vorzugsweise als permanent eingespurter Starter (PES) ausgeführt ist, zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine, wie einem Otto- oder Dieselmotor, eines Kraftfahrzeuges, wie einem PKW, LKW, Bus oder landwirtschaftlichen Nutzfahrzeug, mit einem, von einem Startermotor rotierend antreibbaren Antriebskranz und mit einer, einen Freilaufinnenring und einen Freilaufaußenring aufweisenden Freilaufeinheit, wobei einerseits der Freilaufinnenring mittels eines ersten Koppelstückes mit dem Antriebskranz sowie andererseits der Freilaufaußenring mit einem zweiten, mit einer Kurbelwelle verbindbaren Koppelstück verbunden ist, und der Freilaufinnenring sowie der Freilaufaußenring in einem Antriebszustand des Antriebskranzes in einer ersten Drehrichtung (etwa mittels mehrerer Blockierkörper nach Art einer Sperrklinke oder Klemmkörper nach Art einer Freilaufrolle) drehfest miteinander verbunden sind.
Unter permanent eingespurten Startern sind prinzipiell jene Starter zu verstehen, die dauerhaft im Betrieb des Kraftfahrzeuges in dem Antriebskranz eingespurt sind. Dabei ist vorzugsweise ein Starterzahnrad des Starters / der Drehmomentübertragungseinrichtung dauerhaft mit dem Antriebskranz / Zahnkranz in Eingriff und, im Gegensatz zu herkömmlichen / alternativen Startern, wird ein Starterzahnrad des Starters nicht zu jedem Startvorgang der Verbrennungskraftmaschine, etwa axial, verschoben werden. Somit entfällt im Betrieb der Drehmomentübertragungseinrichtung vor jedem Startvorgang der separate Einspurvorgang, was die Zeit zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine wesentlich verkürzt.
Derartige Drehmomentübertragungseinrichtungen sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 10 2011 086767 A1 eine Drehmomentübertragungseinrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine, mit einem Lager und einem Freilauf, der zur Drehmomentübertragung zwischen einem Anlasserkranz und einer Kurbelwelle geschaltet ist, wobei das Lager und der Freilauf parallel angeordnet sind.
Zudem ist aus der DE 10 2012 220727 A1 eine Drehmomentübertragungseinrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine mit Hilfe eines Startermotors bekannt. Die Drehmomentübertragungseinrichtung weist einen mit dem Startermotor zusammenwirkenden Zahnkranz, ein Lager zur Abkoppelung der Differenzdrehzahlen zwischen der Brennkraftmaschine und dem Stator, einen Freilauf zur drehzahlgesteuerten Ankoppelung des Startermotors an die Brennkraftmaschine, so dass eine Drehmomentübertragung zwischen dem Zahnkranz und einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine erfolgt, und einen zwischen dem Zahnkranz und dem Freilauf angeordneten Zahnkranzträger auf. Das Lager und der Freilauf sind dabei radial übereinander angeordnet, so dass zumindest der Freilauf und das Lager mit einem Motorölraum der Brennkraftmaschine in Verbindung stehen, und dass ein erstes und ein zweites Dichtungselement zur Abdichtung des Motorölraums der Brennkraftmaschine vorgesehen sind.
Dadurch sind bereits verschiedene Ausführungen mit Freiläufen / Freilaufeinheiten bekannt, die, wie auch die erfindungsgemäße Drehmomentübertragungseinrichtung eine asymmetrische Krafteinleitung aufweisen. Eine asymmetrische Krafteinleitung bedeutet, dass die durch die Koppelstücke an dem Freilaufinnenring und dem Freilaufaußenring im Antriebszustand einwirkenden Kräfte / Drehmomente zumindest in axialer Richtung versetzt zu den Klemmkörpern der Freilaufeinheit in den Freilaufinnenring und den Freilaufaußenring übertragen werden.
Jedoch können insbesondere die im Antriebszustand in radialer Richtung wirkenden Kräfte / Radialkräfte, umfassend die durch die Vorspannung der Klemmkörper verursachten Klemmkörperkräfte / Klemmkörpervorspannkräfte und die radiale Komponente der Antriebskraft, die von einem Starter / Startermotor im Antriebszustand am Antriebskranz eingeleitet wird, zu einem unerwünschten Verkippen der Bestandteile der Freilaufeinheit im Betrieb der Drehmomentübertragungseinrichtung führen. Vor allem die radiale Komponente der Antriebskraft, die sich dynamisch ändern kann, ist im Betrieb der Drehmomentübertragungseinrichtung für ein solches Verkippen verantwortlich. Dieses Verkippen kann über eine längere Betriebsdauer hinweg gar zu einem konischen Verschleiß der Bestandteile der führen. Durch diesen Verschleiß kann es schließlich dazu kommen, dass es im Betrieb zu erhöhten axialen Kräften im Freilauf / in der Freilaufeinheit kommen kann, wodurch wiederum das übertragbare Drehmoment herabgesetzt wird.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und die Wahrscheinlichkeit eines Drehmomentübertragungsverlustes bei Drehmomentübertragungseinrichtungen mit asymmetrischer Krafteinleitung zu reduzieren.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest eines der Koppelstücke einen Kraftumleitabschnitt aufweist, der derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass eine auf den Antriebskranz (z.B. stoßartig) einwirkende Umfangskraft im Antriebszustand gezielt zumindest teilweise (z.B. überwiegend oder bis zu nahe 100%) in eine Radialkraft umgeleitet ist.
Durch einen solchen Kraftumleitabschnitt ist es insbesondere möglich dynamisch auftretende Umfangskräfte in ein Verkippen gezielt beeinflussende Radialkräfte umzuleiten. Diese Radialkräfte werden axial versetzt zu dem Schubmittelpunkt des Freilaufringes eingeleitet und erzeugen ein Kippmoment auf die Freilaufringe. Dieses Kippmoment gleicht das Kippmoment aus, das durch die ebenfalls axial zum Schubmittelpunkt versetzte Krafteinleitung an den Klemmelementen auf die Freilaufringe wirkt. Es ergibt sich eine gleichmäßige radiale Verformung über die gesamte Klemmlänge. Mit dieser Kraftumleitung wird auch der Wirkungsgrad der Drehmomentübertragungseinrichtung erhöht. Die Umleitung der Umfangskomponente der Antriebskraft verringert die Kippneigung, was eine länger haltbare Drehmomentübertragungseinrichtung ermöglicht.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
So ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform vorteilhaft, den Kraftumleitabschnitt derart mit dem Freilaufinnenring oder mit dem Freilaufaußenring zusammenwirken zu lassen, dass die Umfangskraft zumindest teilweise im Antriebszustand als Radialkraft in den Freilaufinnenring und / oder den Freilaufaußenring einleitbar ist. Dadurch ist eine besonders effektive Koppelung der Koppelstücke mit der Freilaufeinheit möglich.
Ist der Kraftumleitabschnitt in radialer Richtung elastisch ausgeführt, wobei vorzugsweise ein elastisches Verformen (etwa beim Einfedern der nachfolgend beschriebenen Verbindungsstege) des Kraftumleitabschnittes das zumindest teilweise Umleiten der Umfangskraft in die Radialkraft bewirkt, ist die Umleitung der Kraft besonders einfach durch ein elastisches Komprimieren des Kraftumleitabschnittes in radialer Richtung möglich.
Von Vorteil ist es auch, wenn der Kraftumleitabschnitt integral mit dem ersten Koppelstück oder mit dem zweiten Koppelstück ausgeführt ist. Dadurch ist eine besonders platzsparende Ausgestaltung möglich.
Wenn sich das erste Koppelstück in axialer Richtung sowohl zu Klemmkörpern der Freilaufeinheit als auch zu dem zweiten Koppelstück versetzt erstreckt, ist eine besonders kompakte Bauart einer Drehmomentübertragungseinrichtung mit asymmetrischer Krafteinleitung möglich.
Zweckmäßig ist es auch, wenn der Kraftumleitabschnitt mehrere entlang des Umfangs verteilt angeordnete, vorzugsweise fensterartige Ausnehmungen aufweist. Somit ist der Kraftumleitabschnitt besonders kostengünstig herstellbar.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Kraftumleitabschnitt mehrere (vorzugsweise in radialer Richtung elastische / elastisch verformbare) Verbindungsstege aufweist, wobei je ein Verbindungssteg entlang des Umfangs zwischen zwei benachbarten Ausnehmungen angeordnet ist. Dies bewirkt eine besonders einfache Einstellung des Kraftumleitabschnittes in Abhängigkeit der geometrischen Dimension und Anordnung der Verbindungsstege.
In diesem Zusammenhang ist es auch von Vorteil, wenn jeder Verbindungssteg quer / schräg zu der Radiallinie ausgerichtet ist. Diese schräge Ausrichtung hat zur Folge, dass die Umleitung der Umfangskomponente der Antriebskraft auf möglichst direktem Wege umsetzbar ist. In Abhängigkeit des Schrägstellungswinkels der Verbindungsstege wird ein größerer oder kleinerer Anteil der in Kraftflussrichtung vor Eintritt in den Kraftumleitabschnitt anliegenden Umfangskomponente der Antriebskraft in eine Kraft in radialer Richtung umgewandelt. Je kleiner der Winkel zwischen dem Verbindungssteg und der Radiallinie, umso größer ist die Radialkraft, die durch die Kraftumleitung in den Verbindungsstegen wirkt. Dadurch ist die Umwandlung besonders einfach ausgestaltbar.
Zudem ist es zweckmäßig, wenn der Kraftumleitabschnitt derart in axialer Richtung der Drehmomentübertragungseinrichtung relativ zu den Klemmkörpern versetzt angeordnet ist, dass eine in dem Antriebszustand wirkende Klemmkörperkraft axial versetzt zu der Radialkraft an dem Freilaufinnenring und / oder dem Freilaufaußenring angreift. Denn so können die beiden im Betrieb wesentlichen Radialkräfte so aufeinander abgestimmt werden, dass die Kippneigung weiter reduziert wird.
In diesem Zusammenhang ist es ebenso von Vorteil, wenn in dem Freilaufinnenring und / oder in dem Freilaufaußenring eine Axialausnehmung, etwa eine Axialnut, eingebracht ist, die in ihrer Erstreckung so dimensioniert ist, dass der axiale Abstand eines Schwerpunktes (Flächenschwerpunkt / Schubmittelpunkt) des jeweiligen Freilaufinnenrings und / oder des Freilaufaußenrings relativ zur Radialkraft eingestellt ist. Dies dient zur weiteren Verringerung der Kippneigung des Freilaufinnenrings und des Freilaufaußenrings gegenüber den Klemmkörpern sowie gegeneinander.
Von Vorteil ist es auch, wenn zwei Kraftumleitabschnitte vorgesehen sind, wobei ein erster Kraftumleitabschnitt in dem ersten Koppelstück und ein zweiter Kraftumleitabschnitt in dem zweiten Koppelstück angeordnet sind. Der erste und der zweite Kraftumleitabschnitt sind dann wie der zuvor beschriebene Kraftumleitabschnitt ausgeführt. Dann kann die Kippneigung noch weiter reduziert werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der erste Kraftumleitabschnitt integral mit dem ersten Koppelstück ausgeführt ist und / oder der zweite Kraftumleitabschnitt integral mit dem zweiten Koppelstück ausgeführt ist. Die Kraftumleitabschnitte sind daher besonders kostengünstig herstellbar.
Zweckmäßig ist es zudem, die Klemmkörper in radialer Richtung zwischen dem Freilaufinnenring und dem Freilaufaußenring anzuordnen. Dadurch ist eine besonders kompakte Bauweise der Freilaufeinheit ausgestaltbar.
Der Flächenschwerpunkt des Freilaufinnenrings oder -außenrings kann dabei relativ zu den Radialkräften so ausgerichtet werden, nämlich der radiale Komponente der Antriebskraft und der Klemmkörperkraft eingestellt werden, so dass das im Betrieb resultierende Kippmoment gegen Null geht.
In anderen Worten ausgedrückt betrifft die Erfindung Freiläufe, insbesondere bei permanent eingespurten Startern (PES), bei denen eine asymmetrische Krafteinleitung im Innen- oder Außenring (Freilaufinnenring oder -außenring) ausgeglichen werden soll. Üblich sind geschlossene und möglichst steife Innen- bzw. Außenringe zur Krafteinleitung in Freiläufen. Falls es erforderlich ist, die Kraft einseitig in die Freilaufringe einzuleiten (z.B. bei umgreifenden Innen- oder Außenringen), kann es durch die eingeleiteten Kräfte in Verbindung mit den Abstützkräften an den Klemmkörpern (Klemmkörperkräfte) zu einer Verkippung der Freilaufringe (Freilaufaußen- und Freilaufinnenring) kommen. Die Freilaufringe werden dabei konisch, so dass es im Betrieb zu Axialkräften an den Freilaufrollen (Klemmkörper) kommen kann, die wiederum das übertragbare Drehmoment reduzieren. Um das Verkippen zu verringern, wird vorgeschlagen, über Stege (Verbindungsstege) aus dem eingeleiteten Moment eine Radialkraftkomponente zu erzeugen, die dem Kippmoment aufgrund der asymmetrischen Krafteinleitung entgegenwirkt. Die Steifigkeit der Freilaufringe kann z.B. durch Ausnehmungen gezielt reduziert werden.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren, in deren Zusammenhang auch mehrere Ausführungsformen erläutert sind, dargestellt.
Es zeigen:
1 eine isometrische Darstellung eines Teilkreisabschnittes der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung nach einer ersten Ausführungsform, wobei insbesondere die Drehmomentübertragungseinrichtung von einer Seite dargestellt ist, von der die Ausgestaltung des Kraftumleitabschnittes zu erkennen ist,
2 eine detaillierte Vorderansicht der Drehmomentübertragungseinrichtung im Bereich eines Verbindungssteges des Kraftumleitabschnittes, wobei insbesondere die Ausrichtung und der Verlauf eines Verbindungssteges des Kraftumleitabschnittes zu erkennen ist,
3 eine detaillierte Längsschnittdarstellung der Drehmomentübertragungseinrichtung nach den 1 und 2 im Bereich der Klemmkörper der Freilaufeinheit, wobei insbesondere die Verbindung zwischen den Klemmkörpern und dem Freilaufinnenring sowie dem -außenring zu erkennen ist, und
4 eine detaillierte Längsschnittdarstellung, wie sie auch in der 3 dargestellt ist, wobei die in einem Antriebszustand auftretenden Radialkräfte (umfassend die radiale Komponente der Antriebskraft und die Klemmkörperkraft) und der Flächenschwerpunkt des Freilaufinnenrings dargestellt ist.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die erfindungsgemäße Drehmomentübertragungseinrichtung 1 ist besonders anschaulich in 1 dargestellt und dient zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 1 ist als ein permanent eingespurter Starter (PES) ausgeführt. Der Startermotor dieses Starters ist hier der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 1 weist einen von dem Startermotor antreibbaren Antriebskranz 2 auf, welcher Antriebskranz 2 als Zahnkranz ausführt ist. Der Antriebskranz 2 weist eine Verzahnung 3 in Form einer Außenverzahnung auf, in welche Verzahnung 3 an einer Stelle entlang des Umfangs des Antriebkranzes 2 ein Starterzahnrad des Startermotors dauerhaft eingespurt ist.
Auch weist die Drehmomentübertragungseinrichtung 1 eine mit dem Antriebskranz 2 verbundene, einen Freilaufinnenring 4 und einen Freilaufaußenring 5 umfassende Freilaufeinheit 6 auf. Der Freilaufinnenring 4 ist mittels eines ersten Koppelstückes 12 und eines Antriebskranzträgers 9 mit dem Antriebskranz 2 drehfest verbunden. Der Freilaufaußenring 5 ist mittels eines zweiten Koppelstückes 12 im Betrieb der Drehmomentübertragungseinrichtung 1 in der Verbrennungskraftmaschine mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine drehfest verbunden. In einem Antriebszustand der Freilaufeinheit 6, d.h. bei einer Verdrehung des Freilaufinnenrings 4 relativ zu dem Freilaufaußenring 5 in einer ersten Drehrichtung, zur Übertragung eines Antriebsmomentes, sind der Freilaufinnenring 4 und der Freilaufaußenring 5 über mehrere als Freilaufrollen ausgestaltete Klemmkörper 7 drehfest miteinander verbunden. In einem freien Zustand der Freilaufeinheit 6, bei Verdrehung des Freilaufinnenrings 4 relativ zu dem Freilaufaußenring 5 in einer zweiten, der ersten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung, zur Entkoppelung des Antriebskranzes 2 von der Kurbelwelle, sind der Freilaufinnenring 4 und der Freilaufaußenring 5 nicht mittels der Klemmkörper 7 drehfest verbunden, sondern drehen frei zueinander durch.
Die Freilaufeinheit 6 weist in der Ausführungsform nach den 1 bis 4 einen Kraftumleitabschnitt 8 auf, der derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass eine auf den Antriebskranz 2 in dem Antriebszustand einwirkende Umfangskraft gezielt zumindest teilweise in eine Radialkraft umgewandelt wird.
Wie weiterhin in 1 zu erkennen, ist der Antriebskranz 2 an dem Antriebskranzträger 9 befestigt. Der Antriebskranzträger 9 schließt in radialer Richtung nach innen an den ringförmigen Antriebskranz 2 an und verbindet den Antriebskranz 2 mit dem ersten Koppelstück 12. Das erste Koppelstück 12 weist einen hülsenförmigen Halteabschnitt 10 auf, der radial innerhalb des Antriebskranzes 2 angeordnet ist. In einem axialen Endbereich (entlang der Drehachse im Antriebszustand betrachtet) des Halteabschnittes 10 grenzt der sich in radialer Richtung erstreckende Kraftumleitabschnitt 8 an. Der Kraftumleitabschnitt 8 sowie der Halteabschnitt 10 sind integral miteinander und mit dem ersten Koppelstück 12 ausgeführt.
An einem radial innenliegenden Endbereich des Kraftumleitabschnittes 8 schließt wiederum der Freilaufinnenring 4 an. Auch der Freilaufinnenring 4 ist hierbei integral mit dem Kraftumleitabschnitt 8 und somit mit dem ersten Koppelstück 12 ausgeführt. Der Freilaufinnenring 4 ist im Wesentlichen ringförmig ausgestaltet und erstreckt sich entlang der axialen Richtung der Drehmomentübertragungseinrichtung 1.
Die genauere Ausgestaltung des Kraftumleitabschnittes 8 ist besonders gut in 2 zu erkennen. Der Kraftumleitabschnitt 8 weist mehrere (axiale) Ausnehmungen 19 auf, die als Fenster ausgestaltet sind und das erste Koppelstück 12 in axialer Richtung durchdringen. Die Ausnehmungen 19 sind dabei derart ausgestaltet und entlang des Umfangs nebeneinander angeordnet, dass sich an jeweils einem Grenzbereich zweier benachbarter Ausnehmungen 19 ein Verbindungssteg 20 ausbildet. Die dadurch ausgeformten, mehreren Verbindungsstege 20 sind gleichmäßig entlang des Umfangs verteilt angeordnet. Die Verbindungsstege 20 dienen somit zur Verbindung des Halteabschnittes 10 mit dem Freilaufinnenring 4. Jeder der Verbindungsstege 20 ist im Wesentlichen gleich zu einer gedachten, durch den Anschlussbereich des Verbindungsstegs 19 an dem Freilaufinnenring 4 hindurch verlaufenden Radiallinie schräg / quer angestellt / verlaufend. Die Radiallinie ist eine Linie, die sich von der Drehachse der Drehmomentübertragungseinrichtung 1, in einer Ebene, zu der die Drehachse als Normale ausgeführt ist, in radialer Richtung nach außen erstreckt. Ein Anstellwinkel jedes Verbindungssteges 19 gegenüber der Radiallinie, der in dem Anschlussbereich gemessen ist, liegt hierbei vorzugsweise zwischen 30 und 70°. Durch diese Ausgestaltung wird eine im Betrieb, insbesondere im Antriebszustand der Drehmomentübertragungseinrichtung 1 an dem Antriebskranz 2 anliegende tangentiale Komponente der Antriebskraft, die beispielsweise über den Startermotor an der Verzahnung 3 eingebracht wird und über den Antriebskranzträger 9 an das erste Koppelstück 12 weitergeleitet wird, umgeleitet. Jeder Verbindungssteg 19 ist dabei in radialer Richtung elastisch verformbar. Die Verformbarkeit ist dabei derart festgelegt, dass bei Beaufschlagen des Antriebskranzes 2 mit einem (dynamischen / mit der Zeit sich in der Größe ändernden) Drehmoment, welches über die Klemmkörper abgestützt wird und an diesen Radialkräfte verursacht, dieses Drehmoment (bzw. die entsprechende Tangentialkraft) über die Verbindungsstege 20 übertragen werden kann, diese Stege aber radial so weich sind, dass sie die am Klemmkörpereingriff entstehenden Radialkräfte nicht abstützen können. Vorzugsweise verformt sich bei zunehmender Radialkraft jeder Verbindungssteg 20 derart, dass dies eine hauptsächliche Relativverschiebung / verdrehung des Freilaufinnenrings 4 gegenüber dem ersten Koppelstück 12 in Umfangsrichtung hervorruft. Ist, in anderen Worten ausgedrückt, der Kraftumleitabschnitt 8 in radialer Richtung elastisch, ist die Entkoppelung zwischen Freilaufinnenring 4 und Halteabschnitt 10 durch Komprimieren des Kraftumleitabschnittes 8 in radialer Richtung möglich.
Wie weiterhin in 3 in Verbindung mit 1 zu erkennen ist, erstreckt sich der Freilaufinnenring 4 im Wesentlichen parallel zu dem Halteabschnitt 10. Der Freilaufinnenring 4 wirkt wiederum mit seiner radial außenliegenden Umfangsfläche (auch als radiale Außenseite bezeichenbar) mit den mehreren Klemmkörpern 7 zusammen, welche Klemmkörper 7 entlang des Umfangs verteilt angeordneten sind. Auf seiner radialen Innenseite weist der Freilaufinnenring 4 eine Wälzkörperlagerfläche 14, nachfolgend als erste Wälzkörperlagerfläche 14 bezeichnet, auf. Wie nachfolgend noch näher beschrieben, dient die erste Wälzkörperlagerfläche 14 zur radialen Lagerung und vorzugsweise auch zur axialen Lagerung des Freilaufinnenrings 4 gegenüber dem Freilaufaußenring 5.
Auf einer radialen Außenseite der Klemmkörper 7 grenzt der Freilaufaußenring 5 an und wirkt mit den Klemmkörpern 7 und dem Freilaufinnenring 4 als Freilauf / als die Freilaufeinheit 6 zusammen. Der Freilaufaußenring 5 ist im Wesentlichen hülsenförmig ausgestaltet. Der Freilaufaußenring 5, der sich in axialer Richtung zu einer Seite von den Klemmkörpern 7 hin wegerstreckt, die dem Kraftumleitabschnitt 8 des ersten Koppelstückes 12 abgewandt ist, geht axial neben den Klemmkörpern 7 in einen sich in radialer Richtung nach innen erstreckenden Verbindungsbereich 16 des zweiten Koppelstückes 13 über. Der Verbindungsbereich 16 erstreckt sich in radialer Richtung an den Klemmkörpern 7 nach innen vorbei. Der Verbindungsbereich 16 erstreckt sich so weit in radialer Richtung nach innen, bis radial innerhalb der ersten Wälzkörperlagerfläche 14 ein zweiter Halteabschnitt 11 des zweiten Koppelstückes 13 an dem Verbindungsbereich 16 anschließt. Der zweite Halteabschnitt 11 ist im Wesentlichen hülsenförmig ausgestaltet und erstreckt sich in axialer Richtung, im Wesentlichen parallel zu dem Freilaufinnenring 4. Der Freilaufaußenring 5 und das zweite Koppelstück 13 samt Verbindungsbereich 16 und zweiten Halteabschnitt 11 sind integral miteinander ausgeführt.
Auf einer radial außen angeordneten Umfangsfläche ist an dem zweiten Halteabschnitt 11 eine zweite Wälzkörperlagerfläche 17 ausgebildet. Zwischen der zweiten Wälzkörperlagerfläche und der ersten Wälzkörperlagerfläche 14 sind mehrere Wälzkörper 18 angeordnet unter Ausbildung einer radialen Lagerung / Wälzlagerung des Freilaufinnenringes 4 zu dem zweiten Halteabschnitt 11. Durch die Wälzkörper 18 ist eine Verdrehbarkeit, insbesondere in dem freien Zustand, bei Verdrehung des Freilaufinnenrings 4 gegenüber dem Freilaufaußenring 5 möglich. In einer ersten Drehrichtung des Freilaufinnenrings 4 gegenüber dem Freilaufaußenring 5 sind die beiden Ringe drehfest miteinander verbunden, wodurch es nicht zu einer Abwälzung der Wälzlagerung kommt. Die Wälzlagerung ist hierbei als Doppelkugellager, nämlich als ein schräg gestelltes Doppelkugellager, unter Ausbildung zweier axial nebeneinander angeordneter Wälzkörperreihen ausgestaltet. Die Wälzkörper 18 einer Wälzkörperreihe sind mittels Käfigen voneinander beabstandet.
Auf einer radialen Innenseite des Freilaufaußenrings 5 schließt an die zweite Wälzkörperfläche 17 wiederum ein Flanschbereich 25 an, der etwa mit einer Kurbelwelle drehfest verbindbar ist.
Die Kraftverteilung und -einleitung im Antriebszustand der Drehmomentübertragungseinrichtung 1 ist auch in Zusammenhang mit 4 besonders gut zu erkennen, wobei die erzeugte, radiale Kraftkomponente der Antriebskraft (F_r beim Einleiten in den Freilaufinnenring 4) mit dem Bezugspfeil 21 gekennzeichnet ist. Wiederum axial versetzt zu dieser radialen Komponente der Antriebskraft 21 liegt an dem Freilaufinnenring 4 eine Klemmkörperkraft, die mit dem Bezugspfeil 22 gekennzeichnet ist, an. In Abhängigkeit deren axialer Lage / Abstände zueinander und relativ zu einem Flächenschwerpunkt S (Bezugspunkt 23) des Freilaufinnenrings 4 ist die Kippneigung einstellbar. Die Größe der radialen Komponente der Antriebskraft ist dabei derart auf die festgelegte Klemmkörperkraft F_Kl abgestimmt, dass ein Verkippen des Freilaufinnenringes 4 gegenüber den Klemmkörpern 7 und gegenüber dem Freilaufaußenring 5 im Betrieb möglichst vermieden wird. Die Einstellung der Lage des Flächenschwerpunkts, insbesondere der axialen Lage des Flächenschwerpunkts 23 des Freilaufinnenringes 4, wird hierbei über die Dimensionierung einer Axialausnehmung 24 festgelegt. Die Axialausnehmung 24 ist als ringförmige Nut ausgestaltet und erstreckt sich entlang des Umfangs des Freilaufinnenrings 4. Die Größe dieser Axialausnehmung 24 ist dabei derart gewählt, dass sich der Schwerpunkt / Flächenschwerpunkt (auch als Schubmittelpunkt bezeichnet) des Freilaufinnenrings 4 in axialer Richtung zwischen dem Anschlussbereich, an dem die radiale Komponente der Antriebskraft eingeleitet wird, und dem Angriffspunkt der Klemmkörperkraft befindet. Dadurch ist eine horizontale Ausrichtung des Freilaufinnenrings 4 ermöglicht und die Verkippneigung des Freilaufinnenring 4 gegenüber der Klemmkörper 7 und dem Freilaufaußenring 5 wird reduziert.
Weiterhin ist es auch möglich, einen zweiten Kraftumleitabschnitt, der hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist, vorzusehen. Dieser zweite Kraftumleitabschnitt ist vorzugsweise in dem zweiten Koppelstück 13, nämlich in dem Verbindungsbereich 16 vorgesehen und entsprechend dem Kraftumleitabschnitt 8 funktionierend und ausgestaltet. Alternativ zu der Einbringung eines zweiten Kraftumleitabschnitts, zusätzlich zu dem (ersten) Kraftumleitabschnitt 8 in dem ersten Koppelstück 12, ist ein Kraftumleitabschnitt (der dann ebenfalls gemäß dem Kraftumleitabschnitt 8 ausgeführt ist) auch ausschließlich in dem zweiten Koppelstück 13 einbringbar.
In anderen Worten ausgedrückt wird das über den Antriebskranz 2 / Zahnkranz eingeleitete Moment um die Klemmkörper 7 herum auf den Freilaufinnenring 4 geleitet. Von hier aus wird es über die Klemmkörper 7 auf den Außenring / Freilaufaußenring 5 übertragen, von wo aus es erneut um die Klemmkörper 7 herum nach innen zur Kurbelwelle geleitet wird. Dieses Umgreifen ist bei dem dargestellten permanent eingespurten Starter (PES) funktionsbedingt erforderlich. Infolge der beschriebenen Anordnung verkippen die Freilaufringe (Freilaufinnenring 4 und Freilaufaußenring 5) unter Moment weniger. Das Kippproblem wird durch mehrere Maßnahmen gelöst. Zum einen werden die Freilaufringe 4 und 5 in radialer Richtung weicher gemacht. Dies geschieht durch das Einbringen von Fenstern / Ausnehmungen 19 im Bereich der Krafteinleitung. Durch geschickte Form der Fenster können Stege / Verbindungsstege 20 erzeugt werden, über die das auf den Zahnkranz 2 eingeleitete Moment zur Lauffläche geleitet wird. Da über den Freilauf / die Freilaufeinheit 6 das Moment nur in einer Drehrichtung übertragen werden kann, können die Stege 20 gezielt so orientiert werden, dass die Kraftleitstege 20 auf Druck belastet werden. Das eingeleitete Moment wird mit Hilfe der Stege 20 in Druckkräfte umgewandelt, die wiederum aus einer Komponente in Umfangsrichtung (überträgt das Moment) und einer weiteren in radialer Richtung besteht. Die radiale Komponente kann dazu verwendet werden, das Verkippen des Freilaufrings 4 zu minimieren, indem sie gezielt auf die steifere Seite des Rings 4, 5 eine Kraft erzeugt. Diese Kraft erzeugt ein Kippmoment entgegen dem durch die Freilaufrollen / Klemmkörper 7 verursachten und gleicht dieses aus. Mit diesem Effekt kann eine annähernd identische Verformung über die Kontaktfläche bzw. Klemmfläche zwischen dem Klemmkörper 7 und dem Freilaufring 4, 5 erreicht werden. Weiterhin ist es möglich, den Schubmittelpunkt der Querschnittsfläche dahingehend zu beeinflussen, dass die Klemmkörperkraft durch gezieltes Versteifen oder Schwächen des Freilaufrings 4, 5 verschoben wird.
Dadurch ist ein Freilauf mit asymmetrischer Krafteinleitung in die Freilaufringe 4, 5 umgesetzt. Ferner sind in den Freilaufringen 4, 5 zwischen der Momenteneinleitung (Zahnkranz am Beispiel PES) und Momentenausleitung (Freilaufinnenring 4 beim PES) bzw. zwischen Freilaufaußenring 5 und der Kurbelwellenverschraubung Fenster vorgesehen. Dadurch ist die radiale Steifigkeit des Freilaufrings 4, 5 von der radialen Steifigkeit des restlichen Bauteils entkoppelbar. Durch gezieltes Schwächen bzw. Stärken der Freilaufringe 4, 5 kann die resultierende Kraft der Klemmkörper 7 durch den Schubmittelpunkt der Freilaufringquerschnittsfläche gehen. Die Verbindung des Freilaufrings 4, 5 mit dem restlichen Bauteil geschieht über Stege 20. Die Stege 20 sind so orientiert, dass sie gezielt eine Radialkraft erzeugen. Die Radialkraft über die Stege 20 erzeugt zusätzliches Kippmoment auf den Freilaufring 4, 5 und gleicht das Kippmoment durch die Klemmkörperkraft aus. Diese Maßnahmen sind unabhängig voneinander am Freilaufinnen- und/oder Freilaufaußenring 4, 5 einsetzbar.
Bezugszeichenliste

1: Drehmomentübertragungseinrichtung
2: Antriebskranz
3: Verzahnung
4: Freilaufinnenring
5: Freilaufaußenring
6: Freilaufeinheit
7: Klemmkörper
8: Kraftumleitabschnitt
9: Antriebskranzträger
10: Halteabschnitt / erster Halteabschnitt
11: zweiter Halteabschnitt
12: erstes Koppelstück
13: zweites Koppelstück
14: erste Wälzkörperlagerfläche
16: Verbindungsbereich
17: zweite Wälzkörperlagerfläche
18: Wälzkörper
19: Ausnehmung
20: Verbindungssteg
21: Bezugspfeil
22: Bezugspfeil
23: Bezugspunkt / Flächenschwerpunkt
24: Axialausnehmung
25: Flanschbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011086767 A1 [0003]
DE 102012220727 A1 [0004]

Claims

Drehmomentübertragungseinrichtung (1) zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem, von einem Startermotor rotierend antreibbaren Antriebskranz (2) und mit einer, einen Freilaufinnenring (4) und einen Freilaufaußenring (5) aufweisenden Freilaufeinheit (6), wobei einerseits der Freilaufinnenring (4) mittels eines ersten Koppelstückes (12) mit dem Antriebskranz (2) sowie andererseits der Freilaufaußenring (5) mit einem zweiten, mit einer Kurbelwelle verbindbaren Koppelstück (13) verbunden ist, und der Freilaufinnenring (4) sowie der Freilaufaußenring (5) in einem Antriebszustand des Antriebskranzes (2) in einer ersten Drehrichtung drehfest miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Koppelstücke (12, 13) einen Kraftumleitabschnitt (8) aufweist, der derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass eine auf den Antriebskranz (2) einwirkende Umfangskraft im Antriebszustand gezielt zumindest teilweise in eine längs zu einer gedachten Radiallinie der Drehmomentübertragungseinheit (1) wirkende Radialkraft umgeleitet ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftumleitabschnitt (8) derart mit dem Freilaufinnenring (4) oder mit dem Freilaufaußenring (5) zusammenwirkt, dass die Umfangskraft zumindest teilweise im Antriebszustand als Radialkraft in den Freilaufinnenring (4) und / oder den Freilaufaußenring (5) einleitbar ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftumleitabschnitt (8) in radialer Richtung elastisch ausgeführt ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftumleitabschnitt (8) integral mit dem ersten Koppelstück (12) oder mit dem zweiten Koppelstück (13) ausgeführt ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das erste Koppelstück (12) in axialer Richtung sowohl zu Klemmkörpern (7) der Freilaufeinheit (6) als auch zu dem zweiten Koppelstück (13) versetzt erstreckt.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftumleitabschnitt (8) mehrere entlang des Umfangs verteilt angeordnete Ausnehmungen (19) aufweist.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftumleitabschnitt (8) mehrere Verbindungsstege (20) aufweist, wobei je ein Verbindungssteg (20) entlang des Umfangs zwischen zwei benachbarten Ausnehmungen (19) angeordnet ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Verbindungssteg (20) mit Winkelversatz zu der Radiallinie ausgerichtet ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftumleitabschnitt (8) derart in axialer Richtung relativ zu den Klemmkörpern (7) angeordnet ist, dass eine in dem Antriebszustand wirkende Klemmkörperkraft axial versetzt zu der Radialkraft an dem Freilaufinnenring (4) und / oder dem Freilaufaußenring (5) angreift.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Freilaufinnenring (4) und / oder in dem Freilaufaußenring (5) eine Axialausnehmung (24), etwa eine Axialnut, eingebracht ist, die in ihrer Erstreckung so dimensioniert ist, dass der axiale Abstand eines Schwerpunktes des jeweiligen Freilaufinnenrings (4) und / oder Freilaufaußenrings (5) relativ zur Radialkraft eingestellt ist.