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Die Erfindung betrifft eine Getriebeausgangsanordnung, mit deren Hilfe Antriebsräder eines Kraftfahrzeugs mit dem von einem Kraftfahrzeuggetriebe kommenden Drehmoment angetrieben werden können.
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Wenn ein Kraftfahrzeug an einer schiefen Ebene anhält und wieder anfahren will, kann es passieren, dass das Kraftfahrzeug schwerkraftbedingt die schiefe Ebene herunter rückwärts rollt, bis das Anfahrmoment ausreicht, das Kraftfahrzeug an der schiefen Ebene bergauf beschleunigen zu können. Um ein Rückwärtsrollen zu vermeiden ist es bekannt, beim Anfahren gleichzeitig die Bremse zu betätigen, was für den Fahrer häufig schwierig umzusetzen ist, wenn er gleichzeitig die Bremse nicht zu stark betätigen will, um ein Abwürgen des Kraftfahrzeugmotors beim Anfahren zu vermeiden. Elektronische Hilfseinrichtungen, die ein Anfahren an einer schiefen Ebene erleichtern sollen, sind kostenintensiv.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis, ein Anfahren eines Kraftfahrzeugs bergauf einer schiefen Ebene kostengünstig zu erleichtern.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die ein leichtes und kostengünstiges Anfahren eines Kraftfahrzeugs bergauf einer schiefen Ebene ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Getriebeausgangsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist eine Getriebeausgangsanordnung zum Antrieb von Antriebsrädern eines Kraftfahrzeugs vorgesehen mit einem feststehenden Getriebegehäuse zur Abdeckung eines Kraftfahrzeuggetriebes, einer aus dem Getriebegehäuse herausragenden Ausgangswelle zum Ausleiten eines Antriebsmoments aus dem Kraftfahrzeuggetriebe und einem mit der Ausgangswelle und mit dem Getriebegehäuse verbundenen schaltbaren Freilauf zum Festhalten der Ausgangswelle an dem Getriebegehäuse in einer Sperrstellung bei einer Rückwärtsdrehung der Ausgangswelle.
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In der Freilaufstellung des Freilaufs kann das Kraftfahrzeuggetriebe in der herkömmlichen Art und Weise ein Drehmoment ausleiten, das an die Antriebsräder zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs weitergeleitet werden kann. In der Sperrstellung des Freilaufs kann jedoch die Ausgangswelle des Kraftfahrzeuggetriebes mit dem feststehenden Getriebegehäuse arretiert werden, so dass eine Drehung der Ausgangswelle unterbleibt. Wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs das Kraftfahrzeug anhält und das Kraftfahrzeuggetriebe vom Kraftfahrzeugmotor abkuppelt, kann der Fahrer zusätzlich den Freilauf in die Sperrstellung bringen. Da die Ausgangswelle festgehalten ist und sich nicht drehen kann, können sich auch die Antriebsräder nicht drehen. Die Antriebsräder können dadurch mit Haftreibung auf einem Untergrund stehen und das Kraftfahrzeug festhalten. Insbesondere kann dadurch verhindert werden, dass das Kraftfahrzeug an einer schiefen Ebene schwerkraftbedingt rückwärts rollt. Eine der Rückwärtsrichtung des Kraftfahrzeugs entsprechende Rückwärtsdrehrichtung der Ausgangswelle ist in der Sperrstellung des Freilaufs blockiert, so dass auch ein Abrollen der Antriebsräder an dem Untergrund blockiert ist. Eine Drehung der Ausgangswelle in die entgegengesetzte Drehrichtung, die einer Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs entspricht, ist in der Sperrstellung des Freilaufs vorzugsweise nicht gesperrt. Der schaltbare Freilauf ist insbesondere als einseitig sperrender Freilauf ausgestaltet. Dies erleichtert es bei in der Sperrstellung geschaltetem Freilauf das Kraftfahrzeug zu starten und vorwärts zu bewegen. Insbesondere bei einem Verkehrsstau, bei dem mit vielen kurzen Anfahrvorgängen zu rechnen ist, kann der Freilauf in der Sperrstellung bleiben, ohne dass der Fahrer für jeden Anfahrvorgang immer wieder zwischen einer Sperrstellung und einer Freilaufstellung des Freilaufs aktiv wechseln müsste. Prinzipiell kann der als einseitig sperrender Freilauf ausgestaltete schaltbare Freilauf permanent in der Sperrstellung bleiben und nur in die Freilaufstellung geschaltet werden, wenn das Kraftfahrzeug rückwärts fahren soll und/oder von Hand rückwärts geschoben werden soll. Der schaltbare Freilauf ist ein kostengünstiges Bauteil, das insbesondere als durch Massenproduktion herstellbares Standardbauteil bereitgestellt werden kann, so dass im Vergleich zu einer elektronischen Hilfseinrichtung zur Verhinderung eines Rückwärtsrollens an einer schiefen Ebene eine deutlich kostengünstigere Lösung erreicht ist. Durch den schaltbaren Freilauf kann die Ausgangswelle gegen eine Rückwärtsbewegung arretiert werden, so dass ein leichtes und kostengünstiges Anfahren eines Kraftfahrzeugs bergauf einer schiefen Ebene ermöglicht ist.
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Der Freilauf kann einen, insbesondere als Innenring, ausgestalteten ersten Ring und einen im Wesentlichen koaxial zum ersten Ring angeordneten, insbesondere als Außenring, ausgestalteten zweiten Ring aufweisen. Beispielsweise kann der erste Ring mit der Ausgangswelle verbunden sein, während der zweite Ring direkt oder indirekt mit dem Getriebegehäuse verbunden sein kann, oder umgekehrt. Bei einer Vorwärtsfahrt kann der mit der Ausgangswelle verbundene Ring den mit dem Getriebegehäuse verbundenen Ring in einer ersten Umfangsrichtung überholen. Bei einer Rückwärtsfahrt kann der mit der Ausgangswelle verbundene Ring den mit dem Getriebegehäuse verbundenen Ring in einer der ersten Umfangsrichtung entgegengesetzten zweiten Umfangsrichtung überholen. Der schaltbare Freilauf kann ausgestaltet sein, dass bei einer Vorwärtsfahrt, wenn also der mit der Ausgangswelle verbundene Ring den mit dem Getriebegehäuse verbundenen Ring in der ersten Umfangsrichtung überholt, unabhängig von einer Schaltstellung des Freilaufs immer ein Freilaufen stattfindet und der erste Ring relativ zum zweiten Ring drehen kann. Bei einer Rückwärtsfahrt, wenn also der mit der Ausgangswelle verbundene Ring den mit dem Getriebegehäuse verbundenen Ring in der zweiten Umfangsrichtung überholt, können zwischen dem ersten Ring und dem zweiten Ring vorgesehene Sperrelemente zwischen einer Freilaufstellung und einer Sperrstellung, insbesondere mit Hilfe eines beispielsweise als Schaltkäfig ausgestalteten Schaltelements, verlagert werden. Das Schaltelement kann von einer Steuereinrichtung und/oder vom Fahrer des Kraftfahrzeugs betätigt werden. In der Sperrstellung kann der erste Ring mit dem zweiten Ring über die Sperrelemente, vorzugsweise selbstverstärkend, verklemmt sein. Hierzu können beispielsweise als Rollkörper ausgestaltete Sperrelemente an einer zur Umfangsrichtung angeschrägten schiefen Ebene angedrückt werden, so dass die Sperrelemente in radialer Richtung zwischen dem ersten Ring und dem zweiten Ring verklemmt werden können. Insbesondere kann in dieser Sperrstellung die Klemmung durch eine Relativdrehung in entgegengesetzter Richtung, also bei Vorwärtsfahrt, automatisch aufgehoben werden, so dass eine Sperrstellung bei der Vorwärtsfahrt vermieden werden kann. Vorzugsweise greift an den Sperrelementen jeweils ein Federelement an, wobei das Federelement das Sperrelement automatisch in eine definierte Ausgangsstellung bewegen kann, die insbesondere der Freilaufstellung entspricht. Der Freilauf kann vorzugsweise als einseitig wirksamer schaltbarer Freilauf ausgestaltet sein.
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Insbesondere ist ein Betätigungskabel zum Schalten des Freilaufs mit einem Schaltkäfig zum Verklemmen von Sperrelementen verbunden. Das Betätigungskabel ermöglicht eine kostengünstige mechanische Betätigung des Freilaufs. Zudem kann das Betätigungskabel leicht, beispielsweise über Rollen, an eine Stelle geführt werden, wo der Fahrer an dem Betätigungskabel angreifen kann. Beispielsweise kann das Betätigungskabel zu einem von einem Fuß des Fahrers betätigbares Pedal oder Hebel geführt sein. Insbesondere kann durch ein Ziehen an dem Betätigungskabel der Freilauf in die Sperrstellung geschaltet werden. Das Betätigungskabel weist insbesondere aus einem metallischen Material hergestellte Litzen auf. Das Betätigungskabel ist beispielsweise als Bowdenzug ausgestaltet.
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Vorzugsweise ist der Schaltkäfig zum Schalten des Freilaufs zwischen der Sperrstellung und einer Freilaufstellung relativ verdrehbar zur Ausgangswelle gelagert, wobei das Betätigungskabel an einem Schaltende mit dem Schaltkäfig befestigt ist und das Betätigungskabel vom Schaltende her teilweise in Umfangsrichtung um den Schaltkäfig gewickelt ist. Eine beispielsweise durch ein Ziehen an dem Betätigungskabel ausgelöste Bewegung des Betätigungskabels entlang seiner Längserstreckung kann durch das tangentiale Angreifen und/oder Angreifen in Umfangsrichtung an dem Schaltkäfig in eine Drehung des Schaltkäfigs gewandelt werden. Dadurch ergibt sich ein kostengünstiger und robuster Aufbau für den Freilauf. Der Schaltkäfig kann an seiner radial äußeren Mantelfläche eine Rinne zur Aufnahme des Betätigungskabels aufweisen, so dass das Betätigungskabel nicht in axialer Richtung von dem Schaltkäfig herunterrutschen kann.
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Besonders bevorzugt ist das Betätigungskabel in der Freilaufstellung um einen Umschlingungswinkel α um den Schaltkäfig gewickelt, wobei für den Umschlingungswinkel 90° ≤ α ≤ 350°, insbesondere 180° ≤ α ≤ 320°, vorzugsweise 200° ≤ α ≤ 300° und besonders bevorzugt α = 270° ± 20° gilt, wobei insbesondere der Umschlingungswinkel α in der Sperrstellung kleiner als in der Freilaufstellung ist. Bei einem derartigen Umschlingungswinkel kann eine ausreichende Drehung des Schaltkäfigs erreicht werden. Gleichzeitig kann das Betätigungskabel sowohl in der Freilaufstellung des Freilaufs als auch in der Sperrstellung des Freilaufs mit einem minimalen Umschlingungswinkel um den Schaltkäfig gewickelt sein, dass ein Abrutschen des Betätigungskabels in axialer Richtung von dem Schaltkäfig vermieden werden kann.
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Insbesondere ist das Betätigungskabel an einem Betätigungsende mit einem an einer Lenkerstange des Kraftfahrzeugs befestigbaren von Hand betätigbaren Schalthebel und/oder Drehgriff befestigt. Der Freilauf kann dadurch leicht von einer Hand eines Fahrers des Kraftfahrzeugs betätigt werden. Besonders bevorzugt ist das Betätigungskabel mit einem zum Schalten eines Rückwärtsgangs vorgesehenen Schalthebel oder Drehgriff verbunden, so dass bei einem Schalten des Rückwärtsgang automatisch der Freilauf in die Freilaufstellung geschaltet wird und ein Blockieren eines gewollten Rückwärtsfahrens durch den Freilauf vermieden werden kann. Hierzu kann der Schalthebel oder Drehgriff zum Schalten des Rückwärtsganges in die eine Richtung und zum Schalten des Freilaufs in die Sperrstellung in eine entgegengesetzte Richtung bewegt werden.
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Vorzugsweise ist eine mit einem zum Verklemmen von Sperrelementen des Freilaufs vorgesehenen Schaltkäfig und mit dem Getriebegehäuse verbundene Rückstellfeder zum Verdrehen des Schaltkäfigs in eine, insbesondere einer Freilaufstellung entsprechenden, definierte Ausgangslage vorgesehen. Die Rückstellfeder ist insbesondere als eine mit dem Schaltkäfig und mit dem Getriebegehäuse verbundene Schraubenfeder ausgestaltet, die insbesondere radial außerhalb zu einem Außenring des Freilaufs angeordnet ist. Die Rückstellfeder kann dadurch durch den übrigen Freilauf radial innen geführt sein.
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Besonders bevorzugt ist ein Schaltkäfig zum Verklemmen von Sperrelementen des Freilaufs vorgesehenen, wobei der Schaltkäfig im Wesentlichen koaxial und relativ drehbar auf der Ausgangswelle aufgesteckt ist, wobei der Schaltkäfig in axialer Richtung abstehende Rippen zum Verlagern von Sperrelementen in Umfangsrichtung aufweist. Die Rippen können zwischen einem Innenring und einem Außenring des Freilaufs eingreifen, wobei die Rippen insbesondere zu dem Innenring und zu dem Außenring beabstandet angeordnet sind, so dass die Rippen nicht an dem Innenring oder an dem Außenring anschlagen können. Die Rippen können durch ein Drehen des Schaltkäfigs in Umfangsrichtung bewegt werden und dadurch das jeweils zugeordnete Sperrelement in Umfangsrichtung zwischen einer Freilaufstellung und einer Sperrstellung verlagern. Der Schaltkäfig kann hierzu kostengünstig aus Kunststoff hergestellt sein.
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Insbesondere weist der Freilauf als Sperrelemente Rollkörper auf, wobei der Rollkörper in einer zwischen der Ausgangswelle und dem Getriebegehäuse angeordneten Drehspaltverjüngung des Freilaufs verklemmbar ist. Die Drehspaltverjüngung kann insbesondere durch eine gegen die Umfangsrichtung angeschrägte schiefe Ebene ausgestaltet sein. Der Schaltkäfig kann, insbesondere mit einer zwischen einen Innenring und einen Außenring des Freilaufs eingreifenden Rippe, das Sperrelement in die vorzugsweise selbstverstärkende Drehspaltverjüngung hereindrücken, um in der so erreichten Sperrstellung die Ausgangswelle mit dem Getriebegehäuse zu arretieren. In der Freilaufstellung, wenn die Sperrelemente aus der Drehspaltverjüngung heraus in einen zwischen einem Innenring und einem Außenring des Freilaufs ausgebildeten Drehspalt positioniert sind, können die als Rollkörper ausgestalteten Sperrelemente auf dem Innenring und/oder auf dem Außenring abrollen. Dadurch sind Reibungsverluste des Freilaufs in der Freilaufstellung gering gehalten.
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Die Erfindung betrifft ferner ein dreirädriges Kleinkraftfahrzeug mit einem Kraftfahrzeugmotor und einem an dem Kraftfahrzeugmotor ankoppelbaren Kraftfahrzeuggetriebe, wobei das Kraftfahrzeuggetriebe eine Getriebeausgangsanordnung, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, aufweist. Durch den schaltbaren Freilauf der Getriebeausgangsanordnung kann die Ausgangswelle gegen eine Rückwärtsbewegung arretiert werden, so dass ein leichtes und kostengünstiges Anfahren eines Kraftfahrzeugs bergauf einer schiefen Ebene ermöglicht ist. Insbesondere weist das dreirädrige Kleinkraftfahrzeug eine Lenkerstange zum Lenken des Kleinkraftfahrzeugs auf, wobei vorzugsweise an der Lenkerstange ein von einer Hand des Fahrers betägbarer Hebel oder Drehgriff vorgesehen ist, mit dessen Hilfe der Freilauf der Getriebeausgangsanordnung leicht betätigt werden kann.
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Vorzugsweise ist die Ausgangswelle über ein Differenzialgetriebe mit zwei Antriebsrädern gekoppelt. Dadurch ist es möglich durch die Arretierung der Ausgangswelle zwei Antriebsräder festzustellen, so dass es nicht erforderlich ist für jedes der zwei Antriebsräder einen separaten schaltbaren Freilauf vorzusehen.
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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:
- 1: eine schematische Schnittansicht einer Getriebeausgangsanordnung,
- 2: eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Freilaufs der Getriebeausgangsanordnung aus 1 und
- 3: eine schematische perspektivische Ansicht eines Schaltkäfigs des Freilaufs aus 2.
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Die in 1 dargestellte Getriebeausgangsanordnung 10 weist eine aus einem feststehenden Getriebegehäuse 12 eines Kraftfahrzeuggetriebes herausragende Ausgangswelle 14 auf. An der Ausgangswelle 14 und an dem Getriebegehäuse 12 greift ein schaltbarer Freilauf 16 an, der mit einem Innenring 18 mit der Ausgangswelle 14 und mit einem Außenring 20 mit dem Getriebegehäuse 12 befestigt ist. Der Freilauf 16 weist zudem einen koaxial zur Ausgangswelle 14 angeordneten drehbaren Schaltkäfig 22 auf, von dem in axialer Richtung Rippen 24 abstehen, wie in 3 dargestellt. Die Rippen 24 ragen in einen zwischen dem Innenring 18 und dem Außenring 20 ausgebildeten Drehspalt hinein. In dem Drehspalt zwischen dem Innenring 18 und dem Außenring 20 sind als Rollkörper ausgestaltete Sperrelemente 26 vorgesehen, die bei einer Drehung des Schaltkäfigs 22 von den Rippen 24 zwischen einer Freilaufstellung und einer Sperrstellung in Umfangsrichtung verlagert werden können, um den Freilauf 16 zu schalten. Eine als Schraubenfeder mit einem zur axialen Erstreckung großen Durchmesser ausgestaltete Rückstellfeder 28 ist auf einem axial abstehenden Teil des Schaltkäfigs 22 aufgesteckt und geführt. Die Rückstellfeder 28 ist mit dem Schaltkäfig 22 und mit dem Getriebegehäuse 12 verbunden und kann bei einer Drehung des Schaltkäfigs 22 von der Freilaufstellung in die Sperrstellung verspannt werden. Wenn eine den Schaltkäfig 22 in die Sperrstellung verdrehende Betätigungskraft nachlässt oder wegfällt, kann die Rückstellfeder 28 den Schaltkäfig 22 automatisch in die Freilaufstellung zurückbewegen.
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Wie insbesondere in 2 dargestellt, weist der Schaltkäfig 22 an seiner radial äußeren Mantelfläche eine Rinne 30 auf, in der ein als Bowdenzug mit Tonnennippel 32 ausgestaltetes Betätigungskabel 34 aufgenommen ist. Das Betätigungskabel 34 ist über das als Tonnennippel 32 ausgestaltete Schaltende des Betätigungskabels 34 fest mit dem Schaltkäfig 22 verbunden. Das ist in der Rinne 30 aufgenommene Betätigungskabel 34 ist mit einem signifikanten Umschlingungswinkel auf den Schaltkäfig 22 aufgewickelt, so dass ein Ziehen an dem Betätigungskabel 34 zu einer Drehung des Schaltkäfigs 22 führt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Getriebeausgangsanordnung
- 12
- Getriebegehäuse
- 14
- Ausgangswelle
- 16
- Freilauf
- 18
- Innenring
- 20
- Außenring
- 22
- Schaltkäfig
- 24
- Rippe
- 26
- Sperrelement
- 28
- Rückstellfeder
- 30
- Rinne
- 32
- Tonnennippel
- 34
- Betätigungskabel
