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Die Erfindung betrifft eine Freilauf-Schalteinheit mit einer Rotationsachse für ein Getriebe, eine Freilauf-Schaltaktorik mit einer solchen Freilauf-Schalteinheit mit einer Rotationsachse für eine Freilauf-Trennkupplung, eine Freilauf-Trennkupplung mit einer solchen Freilauf-Schaltaktorik für ein Getriebe, ein Getriebe mit einer solchen Freilauf-Trennkupplung für ein Kraftfahrzeug, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe.
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Beispielsweise bei neuartigen (zumindest teilweise) elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen werden zunehmend formschlüssige Verbindungen eingesetzt, wie beispielsweise Klauenschaltungen oder Synchronisierungen, um damit den Antriebsstrang zu entkoppeln und/oder um eine Zweigängigkeit des Getriebes zu realisieren. Diese technischen Vorgänge, insbesondere beim Einlegen der formschlüssigen Verbindung verursachen im Getriebe Geräusche. In den meisten Fällen entscheidet die Betriebsstrategie, wann ein Gang eingelegt oder der Antriebsstrang abgekoppelt wird. Das entstehende Geräusch tritt für den Fahrer daher unerwartet auf, wirkt somit störend und sind daher unerwünscht. Um diese Probleme zu minimieren, wird hier ein schaltbares Freilaufkonzept vorgeschlagen. Beispielsweise könnten an einem Freilaufring zwei entgegengesetzte Sätze von Freilaufkörpern vorgesehen werden, welche mit jeweils einander entgegengesetzt ausgerichteten Taschen derart zusammenwirken, dass eine Drehmomentübertragung in beiden Drehmomentrichtungen (im Bereich der Kraftfahrzeuge als Zugmoment und Schubmoment bezeichnet) schaltbar ermöglicht ist. Ein solcher Doppel-Freilauf würde aber das Problem aufweisen, dass bei kontinuierlichen Zug-Schub-Wechseln (abhängig vom Betätigungskonzept) entweder das Spiel im Freilauf ständig durchlaufen werden muss oder die jeweilige Schaltposition zur Drehmomentübertragung in Zugrichtung und Schubrichtung ständig geschaltet werden muss.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Die Erfindung betrifft eine Freilauf-Schalteinheit mit einer Rotationsachse für ein Getriebe, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - einen ersten Satz von Freilaufkörpern;
- - einen zweiten Satz von Freilaufkörpern;
- - eine Mehrzahl von ersten Freilauframpen mit ersten Taschen für den ersten Satz von Freilaufkörpern; und
- - eine Mehrzahl von zweiten Freilauframpen mit zweiten Taschen für den zweiten Satz von Freilaufkörpern, wobei die zweiten Freilauframpen zu den ersten Freilauframpen in Umlaufrichtung umgekehrt ausgerichtet sind,
wobei ein Drehmomentübertragen einzig dann unterbrochen ist, wenn sich die Freilaufkörper des ersten Satzes und des zweiten Satzes in den entsprechenden Taschen befinden.
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Die Freilauf-Schalteinheit ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Schaltmuffe, ein gemeinsamer Freilaufkäfig, ein erster Freilaufring und ein zweiter Freilaufring vorgesehen sind,
wobei der erste Freilaufring die ersten Freilauframpen und der zweite Freilaufring die zweiten Freilauframpen umfasst,
wobei die Sätze von Freilaufkörpern mittels des gemeinsamen Freilaufkäfigs zueinander in Umlaufrichtung um die Rotationsachse fest positioniert sind,
wobei von der Schaltmuffe mit dem ersten Freilaufring eine erste Rampenpaarung und mit dem zweiten Freilaufring eine zweite Rampenpaarung gebildet sind, wobei die Rampenpaarungen axial ausgerichtet und abweichend von einer rein axialen Ausrichtung in Umlaufrichtung einander entgegengesetzt geneigt sind.
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Es wird im Folgenden auf die genannte Rotationsachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die Umlaufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden. In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
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Die hier vorgeschlagene Freilauf-Schalteinheit ist dazu eingerichtet, dass eine Drehmomentübertragung schaltbar ist, wobei das Schalten sanft, also mit einer geringen Geräuschemission, ermöglicht ist und zugleich ein Wechsel von einem anliegenden Zugmoment auf ein Schubmoment oder umgekehrt nicht dazu führt, dass die Drehmomentübertragung unterbrochen wird, also kein Null-Durchlauf stattfindet. Zu diesem Zweck weist die hier vorgeschlagene Freilauf-Schalteinheit um ihre Rotationsachse einen ersten Satz von Freilaufkörpern und einen zweiten Satz von Freilaufkörpern auf, welche jeweils mit korrespondierenden Freilauframpen zusammenwirken. Ein Freilaufkörper ist jeweils einer Freilauframpe zugeordnet und jede Freilauframpe umfasst eine Tasche, welche derart eingerichtet ist, dass sich ein Freilaufkörper von der einen Drehrichtung leicht in die Tasche und aus der Tasche heraus bewegen kann und in der anderen Richtung gesperrt ist. Befindet sich ein Freilaufkörper in der Tasche, so ist eine Drehmomentübertragung mittels dieses Freilaufkörpers unterbrochen und befindet sich ein Freilaufkörper außerhalb der Tasche so wird eine Klemmung bewirkt, sodass über diesen Freilaufkörper eine Drehmomentübertragung ermöglicht ist. Aufgrund des Konzepts eines Freilaufs ist somit ein sanfter Aufbau der Drehmomentübertragung ermöglicht, wobei sich die Klemmung abhängig von der Lage des Freilaufkörpers auf der entsprechenden Freilauframpe stetig erhöht beziehungsweise verringert. Die beiden Sätze von Freilaufkörpern wirken jeweils mit Freilauframpen zusammen, welche in Umlaufrichtung zueinander umgekehrt ausgerichtet sind, sodass also eine Drehmomentübertragung ermöglicht ist, wenn sich die beiden Sätze von Freilaufkörpern außerhalb der jeweiligen Taschen befinden.
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Hier ist nun vorgeschlagen, dass ein gemeinsamer Freilaufkäfig vorgesehen ist, in welchem die beiden Sätze von Freilaufkörpern sowohl axial als auch in Umlaufrichtung zueinander fest positioniert sind, wobei bevorzugt die beiden Sätze der Freilaufkörper axial zueinander versetzt angeordnet sind. Weiterhin sind ein erster Freilaufring und ein zweiter Freilaufring vorgesehen, wobei der erste Freilaufring dem ersten Satz von Freilaufkörpern zugeordnet ist und der zweite Freilaufring dem zweiten Satz von Freilaufkörpern zugeordnet ist. In dem ersten Freilaufring sind die ersten Freilauframpen und in dem zweiten Freilaufring die zweiten Freilauframpen umfasst. Diese beiden Freilaufringe sind mittels einer weiterhin vorgesehenen Schaltmuffe zueinander derart gekoppelt, dass sie mittels einer Bewegung der Schaltmuffe zueinander entgegengesetzt um die Rotationsachse verdrehbar sind. Hierzu ist zwischen der Schaltmuffe und dem ersten Freilaufring eine erste Rampenpaarung und zwischen dem zweiten Freilaufring und der Schaltmuffe eine zweite Rampenpaarung gebildet, sodass eine Bewegung der Schaltmuffe, beispielsweise eine axiale Bewegung oder eine Rotationsbewegung, ein zueinander entgegengesetztes Verdrehen der beiden Freilaufringe bewirkt. Somit werden beide Sätze von Freilaufkörpern aus ihren Taschen herausbewegt, wenn eine Drehmomentübertragung erwünscht ist, beziehungsweise in ihre Taschen hinein bewegt, wenn keine Drehmomentübertragung erwünscht ist. Beispielsweise ist eine solche Rampenpaarung als Feder-Nut-System ausgeführt, wobei beispielsweise die Schaltmuffe eine entsprechende Nut und die Freilaufringe eine entsprechende Feder aufweisen, welche formschlüssig in die Nut eingreifen. Bevorzugt ist die Feder dabei einstückig mit dem Freilaufring verbunden. Bevorzugt sind zwischen der Schaltmuffe und den beiden Freilaufringen jeweils gleichartige Rampenpaarungen gebildet. Bevorzugt ist die Steigung der beiden Rampenpaarungen identisch, sodass in die Sätze der Freilaufkörper jeweils in der gleichen Position, also für einen gleichen übertragbaren Drehmomentbetrag positioniert sind. Alternativ ist aufgrund einer Differenz zwischen den maximalen Drehmomentbeträgen die Rampenpaarung unterschiedlich ausgebildet, die Freilauframpen unterschiedlich ausgebildet und/oder die Anzahl von Freilaufkörpern in den jeweiligen Sätzen unterschiedlich ausgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Freilaufkörper als Rollkörper, beispielsweise Kugelkörper oder Zylinder, ausgeführt.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Freilauf-Schalteinheit vorgeschlagen, dass die Schaltmuffe eine axial ausgerichtete Steckverzahnung und/oder einen umlaufenden Schaltanschluss aufweist,
wobei bevorzugt die Freilaufringe axial fixiert sind und die Schaltmuffe axial verschiebbar ist.
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Bei dieser Ausführungsform ist vorgeschlagen, dass die Schaltmuffe neben ihrer Funktion zum Verschalten der Freilaufringe weiterhin eine axial ausgerichtete Steckverzahnung beziehungsweise eine Hälfte einer Steckverzahnung aufweist, welche zur Drehmomentübertragung, beispielsweise auf ein Losrad, eingerichtet ist. Alternativ oder zusätzlich ist ein umlaufender Schaltanschluss vorgesehen, sodass eine axiale Betätigung der Schaltmuffe als bevorzugte Betätigungsrichtung für die Rampenpaarungen der Schaltmuffe, beispielsweise für eine Schaltgabel, eingerichtet ist. Beispielsweise ist ein solcher Schaltanschluss als Nut ausgebildet beziehungsweise mit zwei Umlaufrändern Nut-artig ausgebildet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Freilaufringe axial fixiert und ein axiales Verschieben der Schaltmuffe bewirkt mittels der Rampenpaarungen die jeweilige Drehbewegung der Freilauframpen in Umlaufrichtung. Die Sätze von Freilaufkörpern sind in dem Freilaufkäfig zumindest radial in Umlaufrichtung, bevorzugt auch axial, fixiert. Beispielsweise weist der Freilaufkäfig hierfür zumindest eine Lasche auf, welche mit einem in Umlaufrichtung fixierten Bauteil in Eingriff steht, beispielsweise mit der Schaltmuffe.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Freilauf-Schalteinheit vorgeschlagen, dass die beiden Freilauframpen verschiedene Rampensteigungen aufweisen.
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Hier ist vorgeschlagen, dass die beiden Freilaufringe mit Freilauframpen ausgeführt sind, welche voneinander verschieden sind. Beispielsweise ist damit erreicht, dass ein Schließverhalten für die beiden Drehmomentrichtungen voneinander verschieden sind, beispielsweise bei gleicher Rampensteigung der Rampenpaarungen nacheinander (voll) schließen. In einer Ausführungsform ist die maximale radiale Verpressung der Freilaufkörper im maximal verdrehten (geschlossenen) Zustand der beiden Freilaufringe voneinander verschieden. Damit ist eine richtungsabhängige Drehmomentbegrenzung erzielbar, indem beispielsweise ein maximal übertragbares Drehmoment in einer ersten Drehmomentrichtung (beispielsweise Schubrichtung bezogen auf einen Einsatz in einem Kraftfahrzeug) geringer ist, als ein maximal übertragbares Drehmoment in der anderen Drehmomentrichtung (entsprechend beispielsweise der Zugrichtung). Somit ist baueinheitlich eine Drehmomentbegrenzung ermöglicht. Dies ist beispielsweise sinnvoll, um die Übertragung von (Drehmoment-) Stößen aus dem Antriebsstrang oder auch durch den Schaltvorgang verursachte Stöße zu minimieren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Freilauf-Schaltaktorik mit einer Rotationsachse für eine Freilauf-Trennkupplung vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine Freilauf-Schalteinheit nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung; und
- - eine Betätigungseinheit mit einem Aktorrampenring und einem korrespondierenden Stellrampenring, wobei von einem zu dem Stellrampenring relativen Verdrehen des Aktorrampenrings um die Rotationsachse ein axialer Hub bewirkt ist,
wobei die Schaltmuffe von der Betätigungseinheit, bevorzugt unmittelbar von dem Stellrampenring, mit dem axialen Hub betätigbar ist.
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Hier ist eine Freilauf-Schaltaktorik vorgeschlagen, welche eine Freilauf-Schalteinheit in einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung umfasst, wobei diese Freilauf-Schaltaktorik für einen rotativen Betätigungsaktor eingerichtet ist. Das heißt bei einer Ausführungsform, bei welcher die Schaltmuffe axial verschiebbar ist, und mittels dieses axialen Verschiebens, also dem axialen Hub, die Freilauf-Schalteinheit zwischen den zwei Zuständen schaltbar ist. Zum Übersetzen zwischen einer rotativen Betätigung und dem axialen Hub ist eine Betätigungseinheit vorgesehen, welche ein Aktorrampenring und einen korrespondierenden Stellrampenring umfasst, wobei der Stellrampenring mit der Schaltmuffe in kraftübertragendem, bevorzugt unmittelbarem, Kontakt steht, sodass eine axiale Bewegung des Stellrampenrings zu einer axialen Bewegung der Schaltmuffe führt. Der Aktorrampenring hingegen ist drehmomentfest mit einem rotativen Betätigungsaktor verbindbar, sodass ein Drehmoment auf den Aktorrampenring zu einem axialen Hub des Stellrampenrings führt. In einer alternativen Ausführungsform ist das axial bewegbare Element der Betätigungseinheit zugleich rotierbar, beispielsweise wenn der rotative Betätigungsaktor eine Bremse ist, also den Aktorrampenring an einer Rotation hindert. In einer Ausführungsform ist der Stellrampenring von einem Energiespeicherelement, beispielsweise einer Tellerfeder, einer Schraubenfeder oder einem Gasdruckspeicher, axial entgegen dem Aktorrampenring vorgespannt, sodass der Stellrampenring bei fehlendem Drehmoment an dem Aktorrampenring axial hin zu dem Aktorrampenring oder axial weg von dem Aktorrampenring in eine Ruhelage gezwungen ist. Bevorzugt ist die Betätigungseinheit als Kugelrampensystem aufgebaut, wobei zwischen dem Aktorrampenring und dem Stellrampenring Wälzkörper, beispielsweise Kugelkörper, vorgesehen sind. Hierbei ist eine axiale Vorspannung des Stellrampenrings gegen den Aktorrampenring vorteilhaft.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Freilauf-Schaltaktorik vorgeschlagen, dass weiterhin ein Losrad vorgesehen ist,
wobei bevorzugt das Losrad mit der Schaltmuffe drehmomentfest verbunden ist, besonders bevorzugt mittels einer Steckverzahnung.
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Hier ist weiterhin ein Losrad vorgesehen, welches mittels der Freilauf-Schaltaktorik zwischen einem Zustand, in welchem kein Drehmoment auf das Losrad übertragbar ist und einem Zustand, in welchem ein Drehmoment übertragbar ist, mittels der Freilauf-Schalteinheit schaltbar ist. Beispielsweise ist ein solches Losrad ein Zahnrad in einem Getriebe. Ein solches Losrad ist beispielsweise auf einer Getriebewelle, mit welcher das Losrad mittels der Freilauf-Schaltaktorik trennbar drehmomentübertragend verbindbar ist, lose gelagert, also reibungsarm relativ zu der Getriebewelle verdrehbar, beispielsweise mittels eines Wälzkörperlagers, bevorzugt eines Nadellagers.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Losrad mit der Schaltmuffe der Freilauf-Schalteinheit verbunden, sodass die Schaltmuffe zugleich das drehmomentübertragende Bauteil ist, wenn der Freilauf für ein Drehmomentübertragen geschlossen ist. Besonders bevorzugt ist die Verbindung mittels einer Steckverzahnung gebildet, welche mit der Schaltmuffe, bevorzugt einstückig, drehmomentfest verbunden ist. Die Schaltmuffe ist so axial relativ zu dem Losrad bewegbar und zugleich eine Drehmomentübertragung zwischen dem Losrad und der Schaltmuffe jederzeit sichergestellt. Gleichzeitig ist eine solche Steckverzahnung spielarm ausführbar, sodass ein leichtes, axiales, relatives Bewegen zwischen dem Losrad und der Schaltmuffe möglich ist, ohne dass es zu spürbaren Drehmomentunterbrechungen und/oder störenden Geräuschemissionen kommt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Freilauf-Trennkupplung für ein Getriebe vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine Freilauf-Schaltaktorik nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung; und
- - einen rotativen Betätigungsaktor mit einem Rotor,
wobei der Rotor mit dem Aktorrampenring drehmomentfest verbunden ist und von einer zu dem Stellrampenring relativen Drehbewegung des Rotors der axiale Hub der Schaltmuffe bewirkt ist.
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Hier ist nun eine Freilauf-Trennkupplung vorgeschlagen, mittels welcher in einem Getriebe eine Drehmomentübertragung trennbar ist. Hierzu ist eine Freilauf-Schaltaktorik nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung als schaltende Komponente vorgesehen und ein rotativer Betätigungsaktor mit einem Rotor, welcher zum Betätigen der Schaltmuffe eingerichtet ist. Ein rotativer Betätigungsaktor ist gegenüber einem linearen Betätigungsaktor vorteilhaft, weil zum einen solche Aktoren kostengünstig herstellbar sind und zum anderen auch eine bei einer geringen Energieaufnahme mit der Folge eines geringen Drehmoments mithilfe einer Übersetzung eine ausreichende Betätigungskraft erzeugbar ist. Dabei wird gleichzeitig nur ein geringer Bauraum benötigt. Der Rotor ist hier nun mit dem Aktorrampenring drehmomentfest verbunden, sodass ein Drehmoment des Rotors mittels der Betätigungseinheit in den axialen Hub der Schaltmuffe umgesetzt wird. Je nach Normalzustand ist entweder die Drehmomentunterbrechung aktiv von dem Drehmoment des Rotors zu halten oder die Drehmomentübertragung.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine Getriebewelle mit einer Wellenachse;
- - ein Losrad, welches lose auf der Getriebewelle um die Wellenachse gelagert ist;
- - eine Freilauf-Schalteinheit nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, bevorzugt eine Freilauf-Trennkupplung nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, welche mit ihrer Rotationsachse kongruent zu der Wellenachse angeordnet sind,
wobei mittels den aus den Taschen herausbewegten Freilaufkörpern beider Sätze die Getriebewelle und das Losrad drehmomentübertragend miteinander verbunden sind.
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Hier ist nun ein Getriebe vorgeschlagen, welches beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, bevorzugt einem elektrifizierten Kraftfahrzeug, beispielsweise einem Hybridfahrzeug einsetzbar ist, wobei ein Drehmoment zwischen einer Getriebewelle und einem Losrad um eine gemeinsame Wellenachse übertragbar sein soll. Hierzu ist die Freilauf-Schalteinheit vorgesehen bevorzugt in einer Freilauf-Trennkupplung gemäß einer Ausführungsform der obigen Beschreibung, sodass ein Zugmoment und ein Schubmoment unterbrechungsfrei zwischen der Getriebewelle und dem Losrad übertragbar ist, wenn die Freilauf-Schalteinheit geschlossen ist. Die Rotationsachse der Freilauf-Schalteinheit ist hierbei kongruent zu der Wellenachse angeordnet, sodass also die Schalteinheit auf der Getriebewelle angeordnet ist, wobei die Freilaufringe oder die Schaltmuffe drehmomentfest mit der Getriebewelle verbunden sind und die Freilaufmuffe oder entsprechend die Freilaufringe drehmomentfest mit dem Losrad verbunden sind. Das Losrad ist lose auf der Wellenachse gelagert, beispielsweise wie oben beschrieben mittels eines Nadellagers. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Freilaufringe Innenringe, welche auf der Getriebewelle drehmomentfest verbunden sind, beispielsweise aufgeschrumpft sind und die Schaltmuffe ist mittels einer Steckverzahnung mit dem Losrad drehmomentfest und relativ axial verschiebbar verbunden. Das hier vorgeschlagene Getriebe ist sanft schaltbar und bei einem Richtungswechsel der Drehmomentübertragung findet kein Null-Durchlauf statt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - zumindest eine Antriebsmaschine;
- - zumindest ein Vortriebsrad; und
- - ein Getriebe nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung,
wobei zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs ein Drehmoment von der zumindest einen Antriebsmaschine an das zumindest eine Vortriebsrad mittels der Freilauf-Schalteinheit des Getriebes schaltbar abgebbar ist.
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Das hier vorgeschlagene Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Personenkraftwagen, weist zumindest eine Antriebsmaschine auf, beispielsweise als Hybridfahrzeug eine Verbrennungskraftmaschine und zumindest eine elektrische Antriebsmaschine. Über ein Getriebe ist die zumindest eine Antriebsmaschine mit zumindest einem Vortriebsrad verbunden. Das Getriebe umfasst beispielsweise ein Übersetzungsgetriebe, zumindest eine Trennkupplung und/oder ein Differential für eine zweirädrige Vortriebsachse. Zumindest eine der Trennkupplungen ist als Freilauf-Trennkupplung wie vorhergehend beschrieben ausgeführt. Es ist stets eine hohe Kosteneffizienz angestrebt, aber auch ein hoher Fahrkomfort für die Insassen des Kraftfahrzeugs.
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Das hier vorgeschlagene Kraftfahrzeug weist ein Getriebe auf, welches sanft schaltbar ist und bei welchem bei einem Richtungswechsel der Drehmomentübertragung kein Null-Durchlauf stattfindet.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
- 1: ein erster Freilaufring mit einem ersten Satz von Freilaufkörpern und ein zweiter Freilaufring mit einem zweiten Satz von Freilaufkörpern;
- 2: eine Schaltmuffe für den Einsatz in einer Freilauf-Schalteinheit;
- 3: einen Zusammenbau von den Freilaufringen gemäß 1 und der Schaltmuffe gemäß 2;
- 4: eine Freilauf-Schalteinheit in einer teil-geschnittenen Ansicht;
- 5: eine Freilauf-Trennkupplung in einer Schnittansicht;
- 6: eine Freilauf-Trennkupplung in einer teil-geschnittenen perspektivischen Ansicht; und
- 7: ein Getriebe in einem Kraftfahrzeug.
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In 1 ist ein erster Freilaufring 13 mit einem ersten Satz von Freilaufkörpern 4, von welchem pars pro toto ein einzelner erster Freilaufkörper 4 mit einem Bezugszeichen versehen ist, und ein zweiter Freilaufring 14 mit einem zweiten Satz von Freilaufkörpern 5, von welchem pars pro toto ein einzelner zweiter Freilaufkörper 5 mit einem Bezugszeichen versehen ist, um eine gemeinsame Rotationsachse 2 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Die Freilaufkörper 4,5 sind in dieser Ausführungsform als Zylinder ausgeführt. Die ersten Freilaufkörper 4 sind jeweils einer ersten Freilauframpe 6 zugeordnet und die zweiten Freilaufkörper 5 sind jeweils einer zweiten Freilauframpe 8 zugeordnet. Die Freilauframpen 6,8 sind in Umlaufrichtung 10 zueinander umgekehrt ausgerichtet. Die ersten Freilauframpen 6 umfassen jeweils eine erste Tasche 7 und die zweiten Freilauframpen 8 umfassen jeweils eine zweite Tasche 9. Die Taschen 7,9 der Freilauframpen 6,8 sind jeweils derart eingerichtet, dass sich der jeweilige Freilaufkörper 4,5 in einer (freien) Drehrichtung (Umlaufrichtung 10) leicht in die jeweilige Tasche 7,9 hineinbewegen kann und von einer steilen Wandung der jeweiligen Tasche 7,9 gehalten wird. Ein Innenring 35 (vgl. 4) ist dann reibungsarm, also frei, relativ zu den Freilaufringen 13,14 verdrehbar. In der entgegengesetzten (sperrenden) Drehrichtung werden die Freilaufkörper 4,5 aus den jeweiligen Taschen 7,9 herausgerollt, sodass sie sich dem korrespondierenden (Innen-) Ring 35 (in dieser Ausführungsform mittels Bewegung nach radial-innen) annähern und mit dem Innenring 35 klemmen. Der Innenring 35 (vgl. 4) ist dann nicht mehr relativ zu den Freilaufringen 13,14 verdrehbar, also gesperrt und eine drehmomentfeste Verbindung geschaffen. Befinden sich die ersten Freilaufkörper 4 in den jeweiligen ersten Taschen 7 und die zweiten Freilaufkörper 5 in den jeweiligen zweiten Taschen 9, so ist eine Drehmomentübertragung unterbrochen. Befinden sich die ersten Freilaufkörper 4 außerhalb der jeweiligen ersten Taschen 7, also auf der jeweiligen ersten Freilauframpe 6, so ist eine Drehmomentübertragung in dieser Drehrichtung möglich. Befinden sich die zweiten Freilaufkörper 5 außerhalb der jeweiligen zweiten Taschen 9, also auf der jeweiligen zweiten Freilauframpe 8, so ist eine Drehmomentübertragung in dieser (entgegengesetzten) Drehrichtung möglich. Die erste Freilauframpe 6 und die zweite Freilauframpe 8 sind in Umlaufrichtung 10 zueinander umgekehrt ausgerichtet, sodass eine Drehmomentübertragung in beiden Drehrichtungen ermöglicht ist oder in beiden Drehrichtungen unterbrochen ist.
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Der erste Freilaufring 13 weist an seiner jeweiligen (radialen) Außenseite eine Mehrzahl von ersten Freilaufringstegen 36 auf. Der zweite Freilaufring 14 weist ebenso an seiner jeweiligen (radialen) Außenseite eine Mehrzahl von zweiten Freilaufringstegen 37 auf. Die Freilaufringstege 36,37 sind (hier rein optional) über den Umfang gleichmäßig verteilt. Sie sind schräg angeordnet und für das in 3 beschriebene Feder-Nut-System eingerichtet. Die beiden Freilaufringe 13,14 und die jeweiligen Freilaufkörper 4,5 sind in einer Freilauf-Schalteinheit 1 gemäß 3 und 4 einsetzbar.
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In 2 ist eine Schaltmuffe 11 für den Einsatz in einer Freilauf-Schalteinheit 1 um eine Rotationsachse 2 in perspektivischer Ansicht gezeigt. Dabei dient die Schaltmuffe 11 als Aufnahme und zum Verschalten der in 1 dargestellten Freilaufringe 13,14. Zum Verschalten der Freilaufringe 13,14 sind auf der (radialen) Innenseite der Schaltmuffe 11 Schaltmuffennuten 38,39 vorgesehen, welche in Umlaufrichtung 10 zueinander umgekehrt ausgerichtet. Weiterhin weist (rein optional) die Schaltmuffe 11 eine axial ausgerichtete Steckverzahnung 17 auf, welche zur Drehmomentübertragung, beispielsweise auf ein Losrad 25 (vergleiche 5 und 6), eingerichtet ist. In der dargestellten Ausführungsform ist (rein optional) ein umlaufender Schaltanschluss 18 vorgesehen, mittels welchem eine axiale Betätigung der Schaltmuffe 11, beispielsweise mittels einer Schaltklaue (hier nicht gezeigt), ermöglicht ist. Dieser Schaltanschluss 18 ist als mit zwei Umlaufrändern Nut-artig ausgebildet.
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In 3 ist ein Zusammenbau von dem ersten Freilaufring 13 mit dem ersten Satz von Freilaufkörpern 4 und dem zweiten Freilaufring 14 mit dem zweiten Satz von Freilaufkörpern 5 gemäß 1 sowie der Schaltmuffe 11 gemäß 2 um eine gemeinsame Rotationsachse 2 dargestellt. Es wird insoweit auf vorhergehende Beschreibung verwiesen. Der erste Freilaufring 13 und der zweite Freilaufring 14 sind mittels der Schaltmuffe 11 zueinander derart gekoppelt, dass sie infolge einer axialen Bewegung der Schaltmuffe 11 zueinander entgegengesetzt um die Rotationsachse 2 verdreht werden. Hierzu ist zwischen der Schaltmuffe 11 und dem ersten Freilaufring 13 eine erste Rampenpaarung 15 und zwischen dem zweiten Freilaufring 14 und der Schaltmuffe 11 eine zweite Rampenpaarung 16 gebildet, sodass eben die axiale Bewegung der Schaltmuffe 11 ein solches Verdrehen der beiden Freilaufringe 13,14 bewirkt, dass diese zueinander entgegengesetzt bewegt und die beiden Sätze der Freilaufkörper 4,5 zugleich in die jeweiligen Taschen 7,9 hinein beziehungsweise aus den jeweiligen Taschen 7,9 heraus geführt werden. Die erste Rampenpaarung 15 und die zweite Rampenpaarung 16 sind, als Feder-Nut-System ausgeführt, sodass die auf der (radialen) Außenseite des ersten Freilaufrings 13 und des zweiten Freilaufrings 14 umlaufend befindlichen jeweils ersten Freilaufringstegen 36 und jeweils zweiten Freilaufringstegen 37 formschlüssig in die entsprechenden Schaltmuffennuten 38,39 in der Schaltmuffe 11 eingreifen. In der gezeigten Ausführungsform sind zwischen der Schaltmuffe 11 und dem ersten Freilaufring 13 und dem zweiten Freilaufring 14 jeweils gleichartige Rampenpaarungen 15,16 gebildet. Weiterhin ist (rein optional) die Steigung der ersten Rampenpaarung 15 mit der Steigung der zweiten Rampenpaarung 16 identisch, sodass der Satz der ersten Freilaufkörper 4 und der Satz der zweiten Freilaufkörper 4 jeweils bei gleicher Steigung der Freilauframpen 6,8 in der gleichen Position, also für einen gleichen übertragbaren Drehmomentbetrag positioniert sind.
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In 4 ist eine Freilauf-Schalteinheit 1 mit einem Zusammenbau gemäß 3 in einer geschnittenen Perspektivansicht dargestellt. Es wird daher auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen. Für die Freilauf-Schalteinheit 1 ist in dieser Ausführungsform ein gemeinsamer Freilaufkäfig 12 vorgesehen, in welchem der erste Satz von Freilaufkörpern 4 und der zweite Satz von Freilaufkörpern 5 sowohl axial als auch in Umlaufrichtung 10 zueinander fest positioniert sind, wobei der erste Satz von Freilaufkörpern 4 und der zweite Satz von Freilaufkörpern 5 axial zueinander versetzt angeordnet sind. Radial-innerhalb des Freilaufkäfigs 12 ist ein Innenring 35 angeordnet, auf welchem der erste Satz von Freilaufkörpern 4 des ersten Freilaufrings 13 und der zweite Satz von Freilaufkörpern 5 des zweiten Freilaufrings 14 in Umlaufrichtung 10 abwälzend angeordnet sind. Weiterhin ist hier eine Radiallasche 40 zu erkennen, mittels welcher der Freilaufkäfig 12 und damit die Freilaufkörper 4,5 in Umlaufrichtung 10 zu der Schaltmuffe 11 fixiert, aber axial verschiebbar angeordnet ist.
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In 5 ist eine Freilauf-Trennkupplung 20 aufweisend eine Freilauf-Schaltaktorik 19 gemäß 4 und ein rotativer Betätigungsaktor 26 dargestellt. Die Freilauf-Trennkupplung 20 ist auf einer Getriebewelle 29 mit einer gemeinsamen Rotationsachse 2, hier also zugleich der Wellenachse 30, montiert. Auf die vorhergehende Beschreibung zu der Freilauf-Schalteinheit 1 wird hier verwiesen. In der dargestellten Ausführungsform ist die Freilauf-Schaltaktorik 19 für einen rotativen Betätigungsaktor 26 eingerichtet, mittels welchem die Schaltmuffe 11 axial verschoben wird. Mittels dieses axialen Verschiebens, also dem axialen Hub 24, ist die Freilauf-Schalteinheit 1 zwischen den beiden Zuständen (sanft) hin und her schaltbar. Zum Übersetzen der rotativen Betätigung in den axialen Hub 24 ist eine Betätigungseinheit 21 vorgesehen. Die Betätigungseinheit 21 umfasst einen Aktorrampenring 22 und einen korrespondierenden Stellrampenring 23, wobei der Stellrampenring 23 mit der Schaltmuffe 11 in kraftübertragendem Kontakt steht, sodass eine axiale Bewegung des Stellrampenrings 23 zu einer axialen Bewegung der Schaltmuffe 11 führt. Die Betätigungseinheit 21 ist (hier optional) als Kugelrampensystem aufgebaut, wobei zwischen dem Aktorrampenring 22 und dem Stellrampenring 23 Wälzkörper 41 vorgesehen sind. Der Aktorrampenring 22 ist drehmomentfest mit einem Rotor 27 des rotativen Betätigungsaktors 26 verbunden, sodass ein Drehmoment auf den Aktorrampenring 22 übertragbar ist. Beispielsweise ist der Aktorrampenring 22 radial-außen mit einer Zahnradverzahnung 42 (vergleiche 6) ausgeführt, welche mit einem korrespondierenden Zahnrad des Rotors 27 in drehmomentübertragenden Eingriff steht. Mittels des Kugelrampensystems der Betätigungseinheit 21 wird ein Verdrehen des Aktorrampenrings 22 in einen axialen Hub 24 des Stellrampenrings 23 übersetzt. In der gezeigten Ausführungsform ist der Stellrampenring 23 von einem Energiespeicherelement 43, hier einer Tellerfeder, axial entgegen dem Aktorrampenring 22 vorgespannt, sodass der Stellrampenring 23 bei fehlendem Drehmoment an dem Aktorrampenring 22 axial hin zu dem Aktorrampenring 22 gezwungen wird. Für die axiale Kraft, die aus der Betätigung der Betätigungseinheit 21 resultiert, ist hier ein Abstützelement 44 als Gegenlager vorgesehen. Die Freilauf-Trennkupplung 20 weist (hier optional) weiterhin ein Losrad 25, hier ein Zahnrad, auf, welches mittels der Freilauf-Schaltaktorik 19 zwischen einem Zustand, in welchem zwischen der Getriebewelle 29 und dem Losrad 25 kein Drehmoment übertragbar ist und einem Zustand, in welchem ein Drehmoment übertragbar ist, mittels der Freilauf-Schalteinheit 1 schaltbar ist. Dazu ist das Losrad 25 mit der Schaltmuffe 11 der Freilauf-Schalteinheit 1, hier mittels einer Steckverzahnung 17, drehmomentfest verbunden. Die Schaltmuffe 11 ist so axial relativ zu dem Losrad 25 bewegbar und zugleich eine Drehmomentübertragung zwischen dem Losrad 25 und der Schaltmuffe 11 jederzeit sichergestellt. Das Losrad 25 selbst ist auf der Getriebewelle 29 lose, hier mittels eines Nadellagers 45, gelagert.
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In 6 ist die Freilauf-Trennkupplung 20 gemäß 5 (ohne Betätigungsaktor 26) in perspektivischer Ansicht gezeigt. Insofern wird auf vorhergehende Beschreibung verwiesen.
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In 7 ist rein schematisch ein Getriebe 3 in einem Kraftfahrzeug 28 in Draufsicht dargestellt. Das Kraftfahrzeug 28 ist mit dem über ein Differential 46 miteinander verbundenen linken Vortriebsrad 33 und dem rechten Vortriebsrad 34 entlang seiner Längsachse 47 mittels zumindest einer der Antriebsmaschinen 31,32 antreibbar. Die Antriebsmaschinen 31,32 sind hier (optional) quer zu der Längsachse 47 und vor der Fahrerkabine 48 angeordnet. Eine ist als Verbrennungskraftmaschine ausgeführt und die andere als elektrische Antriebsmaschine 32. Die Antriebsmaschinen 31,32 sind (hier optional) mittels eines Umschlingungsgetriebes 49 über das Differential 46 mit den Vortriebsrädern 33,34 drehmomentübertragend verbunden. Hier ist eine Trennkupplung zwischen den Antriebsmaschinen 31,32 (hier hinter dem Umschlingungsgetriebe 49) und dem Differential 46 angeordnet und befindet sich somit in dem Drehmomentfluss 50 zwischen den Antriebsmaschinen 31,32 und den Vortriebsrädern 33,34. Die Trennkupplung ist hier beispielsweise als Freilauf-Trennkupplung 20 gemäß 5 und 6 ausgeführt.
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Mit der hier vorgeschlagenen Freilauf-Schalteinheit ist ein sanftes Schalten und ein Zug-Schub-Wechsel ohne Null-Durchlauf ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Freilauf-Schalteinheit
- 2
- Rotationsachse
- 3
- Getriebe
- 4
- Freilaufkörper des ersten Satzes
- 5
- Freilaufkörper des zweiten Satzes
- 6
- erste Freilauframpe
- 7
- erste Tasche
- 8
- zweite Freilauframpe
- 9
- zweite Tasche
- 10
- Umlaufrichtung
- 11
- Schaltmuffe
- 12
- Freilaufkäfig
- 13
- erster Freilaufring
- 14
- zweiter Freilaufring
- 15
- erste Rampenpaarung
- 16
- zweite Rampenpaarung
- 17
- Steckverzahnung
- 18
- Schaltanschluss
- 19
- Freilauf-Schaltaktorik
- 20
- Freilauf-Trennkupplung
- 21
- Betätigungseinheit
- 22
- Aktorrampenring
- 23
- Stellrampenring
- 24
- Hub
- 25
- Losrad
- 26
- Betätigungsaktor
- 27
- Rotor
- 28
- Kraftfahrzeug
- 29
- Getriebewelle
- 30
- Wellenachse
- 31
- Verbrennungskraftmaschine
- 32
- elektrische Antriebsmaschine
- 33
- linkes Vortriebsrad
- 34
- rechtes Vortriebsrad
- 35
- Innenring
- 36
- Steg des ersten Freilaufrings
- 37
- Steg des zweiten Freilaufrings
- 38
- erste Schaltmuffennut
- 39
- zweite Schaltmuffennut
- 40
- Radiallasche
- 41
- Wälzkörper
- 42
- Zahnradverzahnung
- 43
- Energiespeicherelement
- 44
- Abstützelement
- 45
- Nadellager
- 46
- Differential
- 47
- Längsachse
- 48
- Fahrerkabine
- 49
- Umschlingungsgetriebe
- 50
- Drehmomentfluss
