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Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungsvorrichtung mit einer Freilaufvorrichtung und einem Wälzlager. Das Anwendungsgebiet einer solchen Drehmomentübertragungsvorrichtung erstreckt sich insbesondere auf Fahrzeuge, vorzugsweise Kraftfahrzeuge mit Hybridantrieb. Beispielsweise kann der Ölpumpenantrieb eines Automatikgetriebes um einen Elektromotor ergänzt werden. Hierdurch lässt sich beispielsweise ein Segelbetrieb mit abgestelltem Verbrennungsmotor oder auch ein elektrisches Fahren des Kraftfahrzeugs realisieren, da der Antrieb der Ölpumpe über den Elektromotor erfolgt, um die Betriebsfähigkeit des Getriebes sicherzustellen. Um die Kopplung und Entkopplung des Ölpumpenantriebs über einen Kettentrieb und dem Elektromotor darzustellen, ist vorzugsweise jeweils eine Drehmomentübertragungsvorrichtung verbaut.
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Aus der
DE 10 2014 201 117 A1 geht eine Drehmomentübertragungsvorrichtung für einen permanent eingespurten Starter für ein Start-Stopp-System eines Fahrzeugs hervor. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung weist einen Lagerinnenring, einen Lageraußenring, ein Lager und einen Freilauf auf, wobei der Freilauf durch eine Kupplungsscheibe gebildet ist. Der Freilauf ist in radialer Richtung zur Rotationsachse der Drehmomentübertragungsvorrichtung neben dem Lager angeordnet. Der Außenring weist an einer Innenumfangsfläche eine annähernd rampenförmige Struktur auf, wobei ein Ring aus Scheibensegmenten an einer Außenumfangsfläche eine annähernd rampenförmige Struktur aufweist, die mit der annähernd rampenförmigen Struktur am Außenring zusammenwirkt.
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Aus
DE 10 2016 222 443 B3 offenbart eine Freilaufkupplung mit einem Innenring, einem Außenringmit einer radial zwischen dem Innen- und den Außenring angeordneten Kupplungsscheibe. Der Innenring ist an einer Außenumfangsfläche mit einer Vielzahl von Rampen versehen, wobei jede Rampe am Innenring mit einer Rampe an einer Innenumfangsfläche an Keilelementen der Kupplungsscheibe zusammenwirkt. Jedes Keilelement weist eine radial nach innen ausgebildete Haltenase auf, die dazu ausgebildet ist, in Umfangsrichtung mit der Rampe am Innenring zusammenzuwirken.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative Drehmomentübertragungsvorrichtung mit einer Freilaufvorrichtung und einem Wälzlager zu schaffen. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Die erfindungsgemäße Drehmomentübertragungsvorrichtung mit einer Freilaufvorrichtung und einem Wälzlager umfasst ferner zumindest einen Innenring, zumindest einen Außenring, zumindest eine radial zwischen dem Innen- und den Außenring angeordnete Reihe von Wälzkörpern, und zumindest eine radial zwischen dem Innen- und den Außenring angeordnete Kupplungsscheibe, wobei der Außenring an einer Innenumfangsfläche eine Außenlaufbahn zur Führung der Wälzkörper aufweist, wobei der Innenring an einer Außenumfangsfläche eine Vielzahl von Rampen sowie eine Innenlaufbahn zur Führung der Wälzkörper aufweist, wobei jede Rampe am Innenring mit einer jeweiligen korrespondierend dazu ausgebildeten Rampe an einer Innenumfangsfläche der Kupplungsscheibe zusammenwirkt, um bei einer ersten Rotation des Innenrings eine Freilauffunktion zwischen dem Innenring und dem Außenring zu ermöglichen und bei einer zweiten Rotation des Innenrings, die entgegengesetzt zur ersten Rotation ist, eine Sperrfunktion zwischen dem Innenring und dem Außenring zu ermöglichen.
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Gemäß Erfindung ist außerdem der Außenring zweiteilig ausgebildet, wobei eine insbesondere keilförmige umlaufende Nut zur radialen Aufnahme der Kupplungsscheibe an einem ersten Außenringelement ausgebildet ist, und wobei die Außenlaufbahn an einem zweiten Außenringelement ausgebildet ist. Die beiden Außenringelemente kommen stirnseitig aneinander zur Anlage und bilden dadurch den Außenring. Die Kupplungsscheibe weist an der Außenumfangsfläche keine Rampen auf, sondern ist im Wesentlichen keilförmig ausgebildet und kommt in der umlaufenden Nut am Außenring zur Anlage. Der Nutgrund ist insbesondere keilförmig ausgebildet und verjüngt sich zunehmend radial nach außen hin.
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Mit anderen Worten ist die Kupplungsscheibe als Klemmmittel zwischen dem Außenring und dem Innenring vorgesehen und ermöglicht bei der zweiten Rotation eine drehfeste Verbindung zwischen dem Außenring und dem Innenring. Eine entgegengesetzte Rotation, nämlich die erste Rotation, löst die drehfeste Verbindung zwischen dem Außenring und dem Innenring und realisiert dadurch die Freilauffunktion. In Freilaufrichtung wird die Kupplungsscheibe von den Rampen am Innenring mitgeschleppt. Demgegenüber erfolgt in Sperrrichtung eine radiale Aufweitung der Kupplungsscheibe durch eine konstruktive Interaktion bzw. Überlagerung der Rampen des Innenrings mit den Rampen an der Kupplungsscheibe. Dadurch kommt die Kupplungsscheibe reibschlüssig am Außenring zur Anlage. Mithin verklemmt die Kupplungsscheibe radial zwischen dem Innenring und dem Außenring und koppelt dadurch den Innenring mit dem Außenring.
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Bevorzugt weist die jeweilige Rampe an der Außenumfangsfläche des Innenrings zumindest teilweise ein Profil einer logarithmischen Spirale auf. Mit anderen Worten wächst ein Radius der jeweiligen Rampe an der Außenumfangsfläche des Innenrings proportional zur Bogen- bzw. Spirallänge. Ferner kann die Rampe auch linear oder kurvenförmig oder basierend auf einer anderen mathematischen Funktion ausgebildet sein.
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Vorzugsweise ist der Innenring einteilig ausgebildet, wobei die Rampen an einem ersten Innenringabschnitt ausgebildet sind, und wobei die Innenlaufbahn an einem zweiten Innenringabschnitt ausgebildet ist. Die beiden Innenringabschnitte sind axial benachbart zueinander angeordnet und bilden den Innenring.
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Bevorzugt ist die Kupplungsscheibe aus mehreren in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordneten Keilelementen ausgebildet, wobei an jedem Keilelement eine Rampe ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist die Kupplungsscheibe in eine Vielzahl von Keilelementen segmentiert, die an ihrer zum Innenring gerichteten Anlagefläche jeweils eine Rampe aufweisen und an ihrer zum Außenring gerichteten Anlagefläche keine Rampe, sondern eine in der Summe aller Keilelemente zylindrisch ausgebildete Form aufweisen. Vorzugsweise sind die Keilelemente aus einem Metallblech herausgetrennt. Insbesondere sind die Keilelemente aus einem verschleißbeständigen Werkstoff hergestellt. Dabei kann das jeweilige Keilelement entweder aus dem Metallblech ausgestanzt werden oder bei besonders hochfesten Werkstoffen mittels Laser getrennt werden. Ferner ist es denkbar, die Keilelemente durch Sintern herzustellen. Bevorzugt werden die Keilelemente zur Erhöhung der Verschleißbeständigkeit einer Wärmebehandlung unterzogen. Insbesondere werden die Keilelemente gehärtet, vorzugsweise durchgehärtet oder carbonitriert.
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Ferner bevorzugt weist jedes Keilelement eine radial nach innen ausgebildete Haltenase auf, die dazu vorgesehen ist, in Umfangsrichtung mit der Rampe am Innenring zusammenzuwirken. In Freilaufrichtung kommt die jeweilige Haltenase des jeweiligen Keilelements tangential an der jeweiligen Rampe am Innenring zur Anlage und erlaubt dadurch ein Mitschleppen der Keilelemente und eine damit verbundene relative Verdrehung zwischen Innenring und Außenring.
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Vorzugsweise ist jedes Keilelement in radialer Richtung nach außen im Wesentlichen keilförmig ausgebildet. Mit anderen Worten verjüngen sich die Keilelemente zumindest teilweise radial nach außen. Insbesondere ist die umlaufende Nut am Außenring komplementär zu den Keilelementen ausgebildet. Dadurch vergrößert sich die Anlagefläche zwischen dem jeweiligen Keilelement und dem Außenring. Mithin vergrößern sich die Normalkraft und somit auch das Reibmoment zwischen dem jeweiligen Keilelement und dem Außenring.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Wälzlager als Kugellager ausgebildet. Mithin sind die Wälzkörper als Kugeln ausgebildet. Vorzugsweise weist das Wälzlager eine einzige Kugelreihe auf.
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Bevorzugt sind die Wälzköper von einem Käfig geführt. Insbesondere weist der Käfig axiale Öffnungen zur Aufnahme und Führung der Wälzkörper auf. Vorzugsweise weist jede Öffnung zwei Haltearme zum formschlüssigen Halten des jeweiligen Wälzkörpers auf. Insbesondere werden die Haltearme beim Einsetzen des jeweiligen Wälzkörpers in die jeweilige Öffnung elastisch verformt. Bevorzugt umschließen die Haltearme den jeweiligen Wälzkörper derart, dass ein Herausfallen des Wälzkörpers aus der jeweiligen Öffnung sicher verhindert wird.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der drei Figuren näher dargestellt. Dabei zeigt
- 1 eine vereinfachte schematische Explosionsdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung,
- 2 eine vereinfachte schematische Seitenansicht der Drehmomentübertragungsvorrichtung gemäß 1, und
- 3 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung der Drehmomentübertragungsvorrichtung gemäß den 1 und 2.
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Gemäß 1 umfasst die aus einer Freilaufvorrichtung 1 und einem Wälzlager 2 gebildete erfindungsgemäße Drehmomentübertragungsvorrichtung einen Innenring 3, einen Außenring 4, bestehend aus einem ersten und einem zweiten Außenringelement 4a, 4b, eine radial zwischen dem Innen- und den Außenring 3, 4 angeordnete Reihe von Wälzkörpern 5, und eine radial zwischen dem Innen- und den Außenring 3, 4 angeordnete Kupplungsscheibe 6.
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Das Wälzlager 2 ist als Kugellager ausgebildet, wobei die Wälzkörper 5 kugelförmig ausgebildet sind. Die Wälzköper 5 sind von einem Käfig 13 geführt, wobei der Käfig 13 eine Vielzahl von axialen Öffnungen 14 zur Aufnahme und Führung der Wälzkörper 5 aufweist. Jede Öffnung 14 des Käfigs 13 weist zwei Haltearme 15a, 15b zum formschlüssigen Halten des jeweiligen Wälzkörpers 5 auf.
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Der zweiteilig ausgebildete Außenring 4 weist an einer Innenumfangsfläche eine Außenlaufbahn 7 zur Führung der Wälzkörper 5 und eine umlaufende Nut 11 zur radialen Aufnahme der Kupplungsscheibe 6 auf. Die umlaufende Nut 11 ist an dem ersten Außenringelement 4a ausgebildet und die Außenlaufbahn 7 ist umlaufend an dem zweiten Außenringelement 4b ausgebildet. Die beiden Außenringelemente 4a, 4b sind axial benachbart angeordnet und kommen, wie insbesondere aus 3 hervorgeht, stirnseitig aneinander zur Anlage.
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Demgegenüber weist der einteilig ausgebildete Innenring 3 an einer Außenumfangsfläche eine Vielzahl von Rampen 9 sowie eine Innenlaufbahn 8 zur Führung der Wälzkörper 5 auf. Die Rampen 9 sind umlaufend an einem ersten Innenringabschnitt 3a ausgebildet und die Innenlaufbahn 8 ist umlaufend an einem zweiten Innenringabschnitt 3b ausgebildet.
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Die Kupplungsscheibe 6 ist aus mehreren in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordneten Keilelementen 12 ausgebildet, wobei an jedem Keilelement 12 in radialer Richtung nach innen eine Rampe 10 ausgebildet ist. Jede Rampe 9 am Innenring 3 ist mit der jeweiligen korrespondierend dazu ausgebildeten Rampe 10 an der Kupplungsscheibe 6 bzw. dem jeweiligen Keilelement 12 wirkverbunden, so dass bei einer ersten Rotation des Innenrings 3 eine Freilauffunktion zwischen dem Innenring 3 und dem Außenring 4 realisiert wird und bei einer zweiten Rotation des Innenrings 3, die entgegengesetzt zur ersten Rotation ist, eine Sperrfunktion zwischen dem Innenring 3 und dem Außenring 4 realisiert wird. Ferner weist jedes Keilelement 12 eine radial nach innen ausgebildete Haltenase 16 auf, die dazu ausgebildet ist, in Umfangsrichtung mit der Rampe 9 am Innenring 3 zusammenzuwirken, um während einer Freilauffunktion zwischen dem Innenring 3 und dem Außenring 4 von den Rampen 9 am Innenring 3 mitgeschleppt zu werden.
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In 2 ist die Drehmomentübertragungsvorrichtung während der Sperrfunktion dargestellt, wobei die Haltenasen 16 nicht in Drehrichtung an den Rampen 9 am Innenring 3 zur Anlage kommen. Stattdessen wirken die Rampen 9 am Innenring 3 und die Rampen 10 an den Keilelementen 12 derart zusammen, dass das jeweilige Keilelement 12 im Wesentlichen radial nach außen in Richtung des Außenrings 4 verschoben wird.
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Wie insbesondere aus 3 hervorgeht, sind die Keilelemente 12 in radialer Richtung nach außen im Wesentlichen keilförmig ausgebildet und kommen während der Sperrfunktion der Drehmomentübertragungsvorrichtung in der im Wesentlichen komplementär dazu ausgebildeten Nut 11 am ersten Außenringelement 4a zur Anlage. Dadurch wird die Drehmomentübertragungsvorrichtung geschlossen, wobei eine Drehmomentübertragung zwischen dem Innenring 3 und dem Außenring 4 realisiert wird. Die Wälzkörper sind axial benachbart zu den Keilelemente 12 angeordnet und von dem Käfig 13 beabstandet zueinander geführt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Freilaufvorrichtung
- 2
- Wälzlager
- 3
- Innenring
- 4
- Außenring
- 5
- Wälzkörper
- 6
- Kupplungsscheibe
- 7
- Außenlaufbahn
- 8
- Innenlaufbahn
- 9
- Rampe am Innenring
- 10
- Rampe an der Kupplungsscheibe
- 11
- Nut
- 12
- Keilelement
- 13
- Käfig
- 14
- Öffnung
- 15a, 15b
- Haltearm
- 16
- Haltenase
