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Die Erfindung betrifft einen schaltbaren Freilauf, mit dessen Hilfe das Übertragungsverhalten eines Planetengetriebes eines Kraftfahrzeuggetriebes an unterschiedliche Betriebssituationen angepasst werden kann, sowie ein Kraftfahrzeuggetriebe zur Ankoppelung einer elektrischen Maschine mit Hife eines derartigen Freilaufs.
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Aus
US 2010/0252384 A1 ist ein Freilauf mit um eine radiale Achse gegen eine axiale Federkraft verkippbaren Sperrkörpern bekannt, um axial nebeneinander angeordnete Ringe mit einander zu sperren oder zu lösen.
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Aus
DE 698 26 657 T2 ist ein Freilauf für ein Kraftfahrzeuggetriebe bekannt, bei dem ein federbelasteter verkippbarer Sperrkörpern für ein Sperren in der einen Relativrichtung von einer Feder in eine angeschrägte Stellung aus einer Tasche eines ersten Rings herausgedrückt werden kann und in der anderen Relativrichtung durch einen an dem angeschrägten Sperrkörper abgleitenden zweiten Ring gegen die Federkraft der Feder in die Tasche gedrückt werden kann.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis das Übertragungsverhalten eines Planetengetriebes eines Kraftfahrzeuggetriebes verschleißarm und bauraumsparend an unterschiedliche Betriebssituationen anzupassen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen anzugeben, die eine verschleißarme und bauraumsparende Anpassung des Übertragungsverhaltens eines Planetengetriebes eines Kraftfahrzeuggetriebes an unterschiedliche Betriebssituationen ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Freilauf 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 ein Freilauf zur Änderung eines Übertragungsverhalten eines Planetengetriebes für ein Kraftfahrzeuggetriebe, mit einem an einer ersten Axialseite eine erste Sperrkontur aufweisenden ersten Ring, einem zu dem ersten Ring relativ verdrehbaren und an einer zur ersten Axialseite des ersten Rings weisenden zweiten Axialseite eine zweite Sperrkontur aufweisenden zweiten Ring, in die erste Sperrkontur und in die zweiten Sperrkontur eingreifbare kippbare Sperrkörper, einem Schaltelement zum Verkippen der Sperrkörper und einer Verlagerungseinheit zum axialen Verlagern der zweiten Sperrkontur relativ zum ersten Ring zwischen einer zum ersten Ring axial angenäherten Aktivstellung, in welcher eine zwischen dem ersten Ring und dem zweiten Ring drehmomentübertragende Sperrstellung der Sperrkörper herstellbar ist, und einer vom ersten Ring axial entfernten Inaktivstellung, in welcher in einer beliebigen Stellung der Sperrkörper eine drehmomentübertragende Sperrung des ersten Rings mit dem zweiten Ring unterbunden ist.
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Wenn der schaltbare Freilauf in einem Planetengetriebe eines Kraftfahrzeuggetriebes, insbesondere anstelle einer Bremse, eingesetzt wird, beispielweise um ein Sonnenrad oder Hohlrad des Planetengetriebes wahlweise, insbesondere unbeweglich, festzuhalten oder frei laufen zu lassen, kann über die Schaltstellung des Schaltelements in dem Freilaufs leicht das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes verändert werden. Wenn der Freilauf die entsprechende Getriebekomponente des Planetengetriebes festhält, stellt sich für das Planetengetriebe eine andere Gesamtübersetzung ein, als wenn der Freilauf diese Getriebekomponente frei drehen lässt. Dadurch lässt sich sehr einfach ein 2-Gang-Getriebe realisieren.
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In einer Parksituation des Kraftfahrzeugs kann der Freilauf in seine Sperrposition geschaltet sein, in welcher beispielsweise das Planetengetriebe mit Hilfe der Kupplung unbeweglich verblockt sein kann und ein Fortbewegen des Kraftfahrzeugs nicht möglich ist. Wenn das Kraftfahrzeug jedoch an einem Hang abgestellt ist, kann die an dem Kraftfahrzeug angreifende Hangabtriebskraft das Bestreben haben das Kraftfahrzeug nach vorne oder nach hinten zu bewegen. Durch das verblockte Getriebe kann dies dazu führen, dass an der ersten Schaltkontur und an der zweiten Schaltkontur entgegengesetzte Drehmomente angreifen, durch welche die Sperrkörper zwischen den Sperrkonturen zusätzlich verklemmt werden. Wenn das Schaltelement in dieser Situation versucht die stark verklemmten Sperrkörper zu verkippen, insbesondere um ein beidseitiges Freilaufen zu ermöglichen und hierzu eine Koppelung zwischen dem ersten Ring und dem zweiten Ring aufzuheben, sind besonders hohe Reibungskräfte zu überwinden. Hierzu müsste die Aktorik für das Schaltelement stark überdimensioniert sein, um auch bei extrem steilen Untergründen den Freilauf noch aus der Sperrstellung herausschalten zu können. Zudem wäre dies nur mit einem erheblichen reibungsbehafteten Verschleiß zu realisieren.
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Mit Hilfe der Verlagerungseinheit kann jedoch der axiale Abstand zwischen dem ersten Ring und der zweiten Sperrkontur des zweiten Rings so weit vergrößert werden, dass in der stärker beabstandeten Inaktivstellung der zweiten Sperrkontur zum ersten Ring ein Kontakt der Sperrkörper mit zumindest einer der Sperrkonturen nicht mehr möglich ist. Insbesondere ist die zweite Sperrkontur als ein zum übrigen zweiten Ring separates Bauteil ausgestaltet, wobei die separate zweite Sperrkontur drehfest aber axial relativ verschiebbar in dem übrigen zweiten Ring aufgenommen ist. Der Abstand des ersten Rings und des zweiten Rings kann dadurch konstant bleiben, während lediglich die drehmomentübertragend in dem übrigen zweiten Ring aufgenommene zweite Sperrkontur von der Verlagerungseinheit verlagert wird. Alternativ kann die zweite Sperrkontur bewegungsfest in dem zweiten Ring ausgebildet sein und die Verlagerungseinheit kann den gesamten zweiten Ring einschließlich der zweiten Sperrkontur in axialer Richtung relativ zum ersten Ring verlagern. Vorzugsweise erfolgt bei der axialen Verlagerung der zweiten Sperrkontur relativ zu dem ersten Ring von der Aktivposition in die Inaktivposition auch eine Relativdrehung des zweiten Rings relativ zu dem ersten Ring, um die an den Sperrkörpern tangential angreifenden Sperranschläge der Sperrkonturen in Umfangsrichtung voneinander weg zu bewegen. Durch die Relativdrehung, für die bereits ein sehr geringer Winkelbereich ausreicht, können die angreifenden Reibungskräfte stark reduziert werden. Durch die axiale Relativbewegung kann der jeweilige Sperrkörper an dem zugeordneten Sperranschlag der zu dem Sperrkörper axial relativ bewegten Sperrkontur unter einem günstigeren Winkel abgleiten, als wenn das Schaltelement versuchen würde diese Sperrkontur durch ein Verkippen des Sperrkörpers wegzudrehen. Die drehmomentübertragende Sperrung des ersten Rings mit dem zweiten Ring kann durch die von der Verlagerungseinheit erreichte Vergrößerung des axialen Abstands der zweiten Sperrkontur zum ersten Ring bei einem geringen Bauraumbedarf verschleißarm aufgehoben werden, so dass eine verschleißarme und bauraumsparende Anpassung des Übertragungsverhaltens eines Planetengetriebes eines Kraftfahrzeuggetriebes an unterschiedliche Betriebssituationen ermöglicht ist.
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Die Sperrkörper des Freilaufs können insbesondere als Sperrklinken ausgestaltet sein. Der Sperrkörper kann beispielsweise an einem Ende schwenkbar an dem ersten Ring, insbesondere innerhalb der ersten Sperrkontur, gelagert sein. Besonders bevorzugt greift an dem jeweiligen Sperrkörper ein Federelement an, insbesondere um den Sperrkörper automatisch in die zweite Sperrkontur zu drücken. Der erste Ring und der zweite Ring können als koaxial zueinander in axialer Richtung versetzte Ringe ausgestaltet sein, an deren aufeinander zu weisenden Axialseiten die Sperrkonturen ausgebildet sind, wobei die Sperrkörper und ein von dem Schaltelement in radialer Richtung abstehender Schaltfinger in einem axialen Zwischenraum zwischen den Ringen vorgesehen sein kann.
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Insbesondere ist das Schaltelement mit der Verlagerungseinheit zur Herstellung der Aktivstellung, der Inaktivstellung und gegebenenfalls der Sperrstellung in Abhängigkeit von der Drehwinkellage des Schaltelements gekoppelt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Wechsel von der Aktivstellung der Ring zur Inaktivstellung der Ringe und zurück nur stattfindet, wenn das Schaltelement die Sperrkörper aus der drehmomentübertragenden Sperrstellung herauskippen will. Ein unbeabsichtigter Wechsel zwischen der Aktivstellung und der Inaktivstellung der Ringe kann vermieden werden. Beispielsweise kann das Schaltelement derart mit der Verlagerungseinheit gekoppelt sein, dass eine Drehung des Schaltelements in einem bestimmten vordefinierten Umfangswinkelbereich in der Verlagerungseinheit in eine axiale Relativbewegung der zweiten Sperrkontur des zweiten Rings zum ersten Ring gewandelt werden kann.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Schaltelement in einer Sperrposition die Sperrkörper mit der ersten Sperrkontur und mit der zweiten Sperrkontur unbeweglich verklemmt, in einer Freilaufposition ein einseitiges Freilaufen zulässt und in einer Inaktivposition die Sperrkörper beabstandet zum zweiten Ring an dem ersten Ring niederhält. Da das Planetengetriebe insbesondere bei gleichzeitig geschlossener Kupplung dadurch unbeweglich blockiert werden kann, lässt sich mit Hilfe der zusätzlichen Sperrposition und der Kupplung eine Parksperren-Funktion realisieren. Beispielsweise kann die Kupplung automatisch geschlossen werden und der Freilauf automatisch in die Sperrposition bewegt werden, wenn das Kraftfahrzeug abgestellt wird, was beispielsweise bei einem Automatikgetriebe durch das Schalten in die P-Stellung angezeigt wird. Durch die mit Hilfe des absichtlichen Blockierens des Planetengetriebes realisierte Parksperren-Funktion kann ein unbeabsichtigtes Wegrollen des abgestellten Kraftfahrzeugs sicher vermieden werden. Hierzu ist ein separates Blockieren des Antriebsstrangs nicht erforderlich, so dass auch eine dazugehörige Aktorik und Sensorik eingespart werden kann. Die Betriebssituation „Parken“ kann dadurch besonders einfach und bauraumsparend abgebildet werden. Durch die Einsparung einer separaten Getriebesperre als Parksperre können zudem die Bauteileanzahl und die Herstellungskosten gesenkt werden. Durch die mit der Sperrstellung absichtliche herbeiführbare Blockierung des Planetengetriebes kann mit Hilfe des drei verschiedene Schaltstellungen einnehmbaren Freilaufs eine einfache und bauraumsparende Anpassung des Übertragungsverhalten eines Planetengetriebes eines Kraftfahrzeuggetriebes an unterschiedliche Betriebssituationen ermöglicht werden.
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Das Schaltelement ist beispielsweise als Schaltring mit in einen Zwischenraum zwischen dem ersten Ring und dem zweiten Ring eingreifenden Schaltfingern ausgestaltet. In der Freilaufposition des Schaltelements können die jeweiligen Schaltfinger des Schaltelements in Umfangsrichtung zwischen zwei in Umfangsrichtung nachfolgenden Sperrkörpern positioniert sein, vorzugsweise ohne die Sperrkörper zu kontaktieren. In der Sperrposition kann das Schaltelement in der einen Umfangsrichtung zu der vorherigen Freilaufposition in Umfangsrichtung verdreht sein, bis der Sperrkörper zwischen den Sperrkonturen und gegebenenfalls dem angreifenden Schaltfinger verklemmt ist. Für die Inaktivposition kann das Schaltelement in die entgegengesetzte Umfangsrichtung verdreht werden, bis der Schaltfinger an dem anderen Sperrkörper angreift und diesen soweit niederdrückt, dass der Sperrkörper nicht mehr in die zweite Sperrkontur eingreifen kann. Die erste Sperrkontur bietet für den niedergedrückten Sperrkörper auseichend Platz, damit der Sperrkörper um einen ausreichend großen Schwenkwinkel verschwenkt werden kann. Der Schaltfinger kann insbesondere an zwei verschiedenen in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Sperrkörpern angreifen, um die drei Schaltstellungen des Freilaufs zu realisieren. Insbesondere ist das Schaltelement und/oder der erste Ring und der zweite Ring ausgestaltet ausschließlich genau drei Schaltzustände zu schalten. Mehr als drei Schaltzustände sind nicht vorgesehen und für das Schalten von Getriebegängen in dem Planetengetriebe des Kraftfahrzeuggetriebes auch nicht erforderlich, so dass der konstruktive Aufbau des Freilaufs und die Herstellungskosten gering gehalten werden können.
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Besondres bevorzugt ist das Schaltelement derart mit der Verlagerungseinheit gekoppelt, dass aus einer Sperrposition der Sperrkörper, in welcher die Sperrkörper in der Aktivstellung der Ringe zwischen der ersten Sperrkontur und der zweiten Sperrkontur in der Sperrposition drehmomentübertragend verklemmt sind, und bevor das Schaltelement die Sperrkörper in eine Freilaufposition verkippt, zunächst die Inaktivstellung eingenommen wird. Das Schaltelement kann sich zunächst in einer der Sperrposition entsprechenden Drehwinkellage befinden, aus der das Schaltelement ohne an dem Sperrkörper anzugreifen herausbewegt wird, um die Freilaufposition und/oder die Inaktivposition der Sperrkörper anzusteuern. Diese Relativdrehung des Schaltelements kann in der Verlagerungseinheit zur Herbeiführung der axial von einander weg bewegten Inaktivstellung der zweiten Sperrkontur zum ersten Ring genutzt werden.
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Insbesondere ist das Schaltelement derart mit der Verlagerungseinheit gekoppelt, dass vor einem Ansteuern der Sperrposition der Sperrkörper die Aktivstellung der Ringe eingenommen wird. Wenn das Schaltelement die Sperrkörper aus der Sperrposition heraus verkippt hat, kann das Schaltelement soweit verdreht sein, dass diese Drehung wiederum zur Herbeiführung der axial aneinander heran bewegten Aktivstellung der Ringe genutzt werden kann. In der Aktivstellung der Ringe kann das Schaltelement die Sperrkörper wieder in die Sperrposition verkippen.
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Vorzugsweise weist die Verlagerungseinheit einen axial unbeweglichen, aber drehbaren Stellring mit mindestens einer, insbesondere beidseitigen, Stellrampe und mindestens eine, insbesondere beidseitige, Gegenrampe auf, wobei der Stellring mit dem Schaltelement gekoppelt ist und die Gegenrampe mit einer von der zweiten Sperrkontur weg weisenden axialen Rückseite der zweiten Sperrkontur befestigt ist, wobei insbesondere die Gegenrampe von der Sperrkontur durch ein Ausrücklager zur Vermeidung einer Relativdrehbewegung der Verlagerungseinheit entkoppelt ist. Wenn das Schaltelement verdreht wird, wird auch der Stellring mitgedreht. Dies führt wiederum dazu, dass die Stellrampe des Stellrings an der Gegenrampe abgleiten kann. Die Stellrampe und die Gegenrampe bilden ein Rampensystem aus, dessen axiale Erstreckung in Abhängigkeit von ihrer Relativdrehlage verändert werden kann. Dies ermöglicht auf eine einfache und bauraumsparende Weise eine Wandlung der Drehung des Schaltelements in eine axiale Relativbewegung des ersten Rings zu dem zweiten Ring. Zwischen den in unterschiedliche Umfangsrichtungen wirkenden Rampen kann ein Plateau oder eine Vertiefung ausgebildet sein, deren Erstreckung in Umfangsrichtung daran angepasst ist, in welchem Drehwinkelbereich des Schaltelements die aufeinander zu weisenden Plateaus für die Aktivstellung axial aneinander anliegen sollen beziehungsweise in welchem Drehwinkelbereich des Schaltelements die aufeinander zu weisenden Plateaus für die Inaktivstellung axial in die korrespondierende Vertiefung eingreifen sollen.
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Besonders bevorzugt ist die zweite Sperrkontur mit einer von dem ersten Ring weg weisenden Federkraft federbelastet, wobei insbesondere die zweite Sperrkontur als ein zum übrigen zweiten Ring separates Bauteil ausgestaltet ist und die separate zweite Sperrkontur drehfest aber axial relativ verschiebbar in dem übrigen zweiten Ring aufgenommen ist. Durch die angreifende Federkraft hat die Verlagerungseinheit das Bestreben die zweite Sperrkontur und den ersten Ring voneinander weg zu drücken beziehungsweise voneinander weg zu ziehen, so dass die Verlagerungseinheit die Inaktivstellung der Ringe anstrebt. Dadurch wird das Lösen der gegebenenfalls zwischen den Sperrkonturen stark verklemmten Sperrkörper durch die Federkraft unterstützt. Eine gesonderte Aktorik zum aktiven Verlagern der Ringe von der Aktivstellung in die Inaktivstellung kann dadurch entsprechend kleiner dimensioniert sein.
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Insbesondere ist die von dem ersten Ring weg weisende Federkraft durch eine an der zweiten Sperrkontur angreifende Tellerfeder aufgebracht. Die Tellerfeder kann bei einen besonders geringen axialen Bauraumbedarf eine hohe Federkraft bereitstellen. Gegebenenfalls sind mehrere Tellerfedern in Reihe und/oder parallel geschaltet hintereinander vorgesehen. Zusätzlich kann eine Lagerung vorgesehen sein, die eine Relativdrehung des Stellrings zum ersten Ring und/oder zum zweiten Ring ermöglicht.
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Insbesondere weist die zweite Sperrkontur eine in der Freilaufposition in der einen Umfangsrichtung an dem Sperrkörper abgleitbare Gleitrampe und eine in der anderen Umfangsrichtung an dem Sperrkörper zur Sperrung der Drehbewegung des ersten Rings mit dem zweiten Ring anschlagbaren Sperranschlag auf. Dadurch kann in der einen Relativdrehrichtung, die insbesondere dem Schubbetrieb entspricht, ein Freilaufen vorgesehen sein, während in der umgekehrten Relativrichtung, die insbesondere dem Zugbetrieb entspricht, eine Sperren und eine Drehmomentübertragung vorgesehen ist.
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Vorzugsweise weist das Schaltelement eine in der einen Umfangsrichtung zum Aufrichten des Sperrelements in die zweite Sperrkontur hinein wirksame Sperrrampe und eine in die andere Umfangsrichtung zum Niederhalten des Sperrelements an die erste Sperrkontur wirkende Haltekontur auf. Die Steigung der Sperrrampe kann insbesondere einer Steigung einer Gleitrampe der zweiten Sperrkontur entsprechen, so dass der Sperrkörper in der Sperrposition an der einen Seite flächig an der Gleitrampe der zweiten Sperrkontur und/oder an der anderen Seite flächig an der Sperrrampe anliegen kann. Der Sperrkörper ist dadurch in der Sperrposition stabil aufgenommen und kann auch größere zu übertragende Drehmomente besser abstützen. Mit Hilfe der Haltekontur wird der Sperrkörper lediglich, gegebenenfalls gegen die Federkraft eines an dem Sperrkörper angreifenden Federelements, niedergehalten, so dass die Haltekontur insbesondere nur linienförmig und nicht flächig an dem Sperrkörper angreifen kann. Unnötige Reibungswiderstände beim Niederdrücken des Sperrkörpers können dadurch vermieden werden. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass das Schaltelement an unterschiedlichen Tangentialseiten für die jeweilige Schaltposition an einem anderen Sperrkörper angreift, so dass die Geometrie der jeweiligen Tangentialseite für das in der jeweilige Schaltposition benötigte Anforderungsprofil optimiert werden kann.
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Besonders bevorzugt ist das Schaltelement mit einem, insbesondere elektromechanisch betätigbaren, Aktor zum Verdrehen des Schaltelements gekoppelt. Bei einem eingeleiteten Gangwechsel kann ein Signal für den Gangwechsel in dem Aktor verarbeitet werden, um den Freilauf in die zu der gewünschten Betriebssituation korrespondierende Schaltposition zu schalten.
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Insbesondere ist der Aktor dazu ausgelegt das Schaltelement in Abhängigkeit von einem Schaltzustand einer Kupplung zum drehfesten Verbinden von zwei Getriebekomponenten des Planetengetriebes zu schalten. Dadurch kann der Aktor vor einem Verdrehen des Schaltelements prüfen, ob die anzusteuernde Schaltposition, insbesondere die Sperrposition, aufgrund des aktuellen Schaltzustands der Kupplung überhaupt sinnvollerweise geschaltet werden kann. Dies ermöglicht eine zusätzliche Sicherheitsüberprüfung, die beispielsweise ein unbewegliches Blockieren des Planetengetriebes bei normaler Fahrt oder auch bei einem Systemausfall einer anderen Sicherheitskomponente sicher verhindern kann. Für die Parksperre-Funktion ist dadurch eine Fail-Safe-Sicherheit gewährleistet.
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Vorzugsweise weist der Aktor eine drehbare Schaltwalze mit einer in Umfangsrichtung, insbesondere geschlossen, verlaufenden Führungsnut auf, wobei das Schaltelement einen in der Führungsnut eingesetzten Führungsstift aufweist, wobei eine axiale Relativbewegung des Führungsstifts relativ zur Schaltwalze in der Führungsnut in eine begrenzte Drehbewegung des Schaltelements entlang seiner Umfangsrichtung wandelbar ist. Durch die mechanische Koppelung der Schaltwalze kann bei einem geringen konstruktiven Aufwand und geringen Bauraum ein Schalten von Getriebegängen mit Hilfe des Freilaufs realisiert werden. Zudem kann mit Hilfe der Schaltwalze gleichzeitig eine Kupplung zum drehfesten Verbinden von zwei Getriebekomponenten des Planetengetriebes betätigt werden, so dass die Schaltposition des Freilaufs über eine durch die Schaltwalze realisierte mechanische Zwangskoppelung automatisch an den Schaltzustand der Kupplung angepasst ist.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeuggetriebe zur Ankoppelung einer elektrischen Maschine an einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einem Planetengetriebe zur Wandlung eines von der elektrischen Maschine einleitbaren Drehmoments, wobei das Planetengetriebe als Getriebekomponenten ein Sonnenrad, ein koaxial zum Sonnenrad angeordnetes Hohlrad, mindestens ein mit dem Sonnenrad und mit dem Hohlrad kämmendes Planetenrad und einen das Planetenrad lagernden Planetenträger aufweist, einer Kupplung zum drehfesten Verbinden von zwei Getriebekomponenten, insbesondere des Hohlrads mit dem Planetenträger, und einem schalbaren Freilauf, der wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, wobei der Freilauf ausgestaltet ist im Zugbetrieb wahlweise ein Freilaufen und/oder Sperren einer Getriebekomponente, insbesondere des Sonnenrads, mit einem Referenzbauteil, insbesondere einem feststehenden Gehäuse, herbeizuführen. Die drehmomentübertragende Sperrung des ersten Rings mit dem zweiten Ring des Freilaufs kann durch die von der Verlagerungseinheit erreichte Vergrößerung des axialen Abstands der zweiten Sperrkontur des zweiten Rings zum ersten Ring bei einem geringen Bauraumbedarf verschleißarm aufgehoben werden, so dass eine verschleißarme und bauraumsparende Anpassung des Übertragungsverhaltens eines Planetengetriebes eines Kraftfahrzeuggetriebes an unterschiedliche Betriebssituationen ermöglicht ist.
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Vorzugsweise ist in einer Parkstellung für das Kraftfahrzeug ein Verklemmen der Sperrkörper des Freilaufs durch ein aufeinander zu weisendes Drehmoment der ersten Sperrkontur und der zweiten Sperrkontur zugelassen. Das Kraftfahrzeuggetriebe kann bewusst in den über die Sperrkörper gegeneinander angreifenden Sperrkonturen einander entgegen gesetzte Drehmomente zulassen, die insbesondere bei einem Abstellen des Kraftfahrzeugs an einem Hang auftreten können. Durch die axiale Verlagerung der zweiten Sperrkontur zum ersten Ring in die zueinander stärker beabstandete Inaktivstellung kann auch bei stark in den Sperrkonturen verklemmten Sperrkörpern der Freilauf aus der Sperrposition herausgeschaltet werden. Dadurch ist es insbesondere möglich einen separaten zum bewegungslosen Verblocken des Kraftfahrzeuggetriebes, insbesondere des Planetengetriebes, vorgesehenen Sperrbolzen und eine dazugehörige Aktorik einzusparen. Das Verblocken des Kraftfahrzeuggetriebes kann alleine durch den in die Sperrstellung geschalteten Freilauf und die geschlossenen Kupplung erreicht werden.
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Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines Freilaufs, der wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, in einem als 2-Gang-Getriebe betreibbaren Planetengetriebe in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei insbesondere das Planetengetriebe Teil eines Kraftfahrzeuggetriebes ist, das wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann. Durch die mit der Sperrstellung absichtliche herbeiführbare Blockierung des Planetengetriebes kann mit Hilfe des drei verschiedene Schaltstellungen einnehmbaren Freilaufs eine einfache und bauraumsparende Anpassung des Übertragungsverhalten des Planetengetriebes an unterschiedliche Betriebssituationen ermöglicht werden. Die drehmomentübertragende Sperrung des ersten Rings mit dem zweiten Ring des Freilaufs kann durch die von der Verlagerungseinheit erreichte Vergrößerung des axialen Abstands der zweiten Sperrkontur des zweiten Rings zum ersten Ring bei einem geringen Bauraumbedarf verschleißarm aufgehoben werden, so dass eine verschleißarme und bauraumsparende Anpassung des Übertragungsverhaltens eines Planetengetriebes eines Kraftfahrzeuggetriebes an unterschiedliche Betriebssituationen ermöglicht ist.
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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 abgewickelte Seitenansicht eines Teils eines Freilaufs in einer Sperrposition,
- 2: eine schematische abgewickelte Seitenansicht des Freilaufs aus 1 in einer Freilaufposition,
- 3: eine schematische abgewickelte Seitenansicht des Freilaufs aus 2 in einer Inaktivstellung und
- 4: eine schematische abgewickelte Seitenansicht des Freilaufs in einer Inaktivposition bei einem kurzzeitigen Verdrehen.
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Der in 1 in einer vereinfachten Darstellung dargestellte Freilauf 10 für ein Planetengetriebe eines Kraftfahrzeuggetriebes weist einen beispielsweise getriebeseitig positionierten ersten Ring 12 und einen axial zum ersten Ring 12 gehäuseseitig versetzten und relativ verdrehbaren zweiten Ring 14 auf. Der Freilauf 10 kann in einem Planetengetriebe eines Kraftfahrzeuggetriebes verbaut sein, um durch eine wahlweise Koppelung einer Getriebekomponente des Planetengetriebes mit einem Gehäuse eine Übersetzung des Planetengetriebes zu ändern und dadurch einen anderen Getriebegang zu schalten. Beispielsweise ist der erste Ring 12 mit einem Sonnenrad des Planetengetriebes verbunden, während der zweite Ring 14 mit dem Gehäuse verbunden ist.
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Der erste Ring 12 weist eine erste Sperrkontur 16 auf, in der ein als Sperrklinke ausgestalteter Sperrkörper 18 verkippbar gelagert ist. Der Sperrkörper 18 kann insbesondere mit Hilfe eines Federelements in eine der Kipprichtungen des Sperrkörpers1 8 vorgespannt sein, insbesondere in Richtung auf den zweiten Ring 14 zu. Der zweite Ring 14 weist eine als separates Bauteil ausgeführte zweite Sperrkontur 20 auf, in die das freie Ende des Sperrkörpers 18 eingreifen kann. Die zweite Sperrkontur 20 weist an der einen Tangentialseite eine Gleitrampe 22 auf, an welcher der Sperrkörper 18 bei einer Relativdrehung abgleiten kann ohne den zweiten Ring 14 mit dem ersten Ring 12 zur Drehmomentübertragung zu sperren. An der entgegengesetzten Tangentialseite weist die zweite Sperrkontur 20 einen Sperranschlag 24 auf, an dem der Sperrkörper 18 bei einer entgegengesetzten Relativdrehung anschlagen kann und den zweiten Ring 14 mit dem ersten Ring 12 zur Drehmomentübertragung sperrt.
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Zwischen dem ersten Ring 12 und dem zweiten Ring 14 ist ein drehbares Schaltelement 26 vorgesehen, um für den Freilauf 10 verschiedene Betriebsmodi zu schalten. In der in 1 dargestellten Sperrposition der Sperrkörper 18 liegt das Schaltelement 26 mit einer Sperrrampe 28 an dem Sperrkörper 18 an, so dass der Sperrkörper 18 zwischen der Sperrrampe 28 des Schaltelements 26 und der Gleitrampe 22 der zweiten Sperrkontur 20 unbeweglich festgehalten ist. In der Sperrposition kann der Freilauf in beiden Relativdrehrichtungen ein Drehmoment übertragen und den ersten Ring 12 mit dem zweiten Ring 14 bewegungsfest koppeln. An einer von der Sperrrampe 28 weg weisenden Tangentialseite weist das Schaltelement 26 eine Haltekontur 30 auf.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zweite Sperrkontur 20 der zweiten Rings 14 mit Hilfe mindestens eines, beispielswiese als Tellerfeder ausgestalteten, Federelements 32 in eine Axialrichtung von dem ersten Ring 12 weg mit einer Federkraft vorgespannt. Die als separates Bauteil ausgestaltete zweite Sperrkontur 20 ist in dem zweiten Ring 14 drehfest aber axial relativ bewegbar eingesetzt. Die zweite Sperrkontur 20 des zweiten Rings 14 ist von dem Federelement 32 gegen einen Stellring 34 gedrückt. Der Stellring 34 weist in axialer Richtung auf den zweiten Ring 14 zu abstehende beidseitig wirkende Stellrampen 36 auf, die mit ihrem jeweiligen Plateau 38 auf einem Gegenplateau 40 einer mit einer von dem ersten Ring 12 weg weisenden Axialseite der zweiten Sperrkontur 20 fest verbundenen beidseitig wirkenden Gegenrampe 42 aufliegt. Der Stellring 34 ist mit dem Schaltelement 26 verbunden, so dass eine Drehung des Schaltelements 26 zu einer Drehung des Stellrings 34 führt, wodurch die Stellrampe 36 an der Gegenrampe 42 zur Veränderung ihrer axialen Relativlage aneinander abgleiten können. Der Stellring 34, die Stellrampen 36, die Gegenrampen 42 sowie das an dem zweiten Ring 14 angreifende Federelement 32 bilden eine Verlagerungseinheit 44 aus, mit dessen Hilfe bei einer Drehung des Schaltelements 26 zusätzlich die axiale Relativlage des ersten Rings 12 zu dem zweiten Ring 14 verändert werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann die Verlagerungseinheit 44 als Kugelrampensystem ausgestaltet sein.
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In der in 2 dargestellten Freilaufposition der Sperrkörper 18 ist das Schaltelement 26 in Umfangsrichtung zwischen zwei Sperrkörper 18 positioniert ohne mit den Sperrkörpern 18 zu interagieren. In der Freilaufposition kann der in die zweite Sperrkontur 20 eingreifbare Sperrkörper 18 in der einen Relativdrehrichtung an der Gleitrampe 22 der zweiten Sperrkontur 20 abgleiten und freilaufen, während der Sperrkörper 18 in der entgegengesetzten Relativdrehrichtung an dem Sperranschlag 24 der zweiten Sperrkontur 20 anschlägt und den ersten Ring 12 mit dem zweiten Ring 14 drehmomentübertragend sperrt. Das Schaltelement 26 hat hierbei den Stellring 34 mitgedreht, wodurch das Plateau der Stellrampe 36 an dem Gegenplateau 40 der Gegenrampe 42 ohne eine Änderung des axialen Abstands der zweiten Sperrkontur 20 des zweiten Rings 14 zu dem ersten Ring 12 abgeglitten ist.
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In der in 3 dargestellten Freilaufposition ist das Schaltelement 26 etwas weiter gedreht worden, wodurch die Stellrampe 36 und die Gegenrampe 42 an ihren aufeinander zu weisenden Flanken außerhalb des Plateaus 38 und des Gegenplateaus 40 aneinander abgleiten können. Die Stellrampe 36 und die Gegenrampe 42 können in korrespondierende Vertiefungen an der jeweils anderen Axialseite eingreifen. Das Federelement 32 drückt beziehungsweise zieht die zweite Sperrkontur 20 des zweiten Rings 14 näher an den Stellring 34 heran, wodurch sich die zweite Sperrkontur 20 in axialer Richtung von dem ersten Ring 12 entfernt. Dadurch kann der Freilauf 10 von seiner Aktivstellung in seine Inaktivstellung wechseln. Die noch aufgerichteten Sperrkörper 18, die insbesondere in Umfangsrichtung zwischen der ersten Sperrkontur 16 und der zweiten Sperrkontur 20 mit einer signifikanten tangentialen Normalkraft verklemmt waren, konnten an dem Sperranschlag 24 während der axialen Verlagerung der zweiten Sperrkontur 20 des zweiten Rings 14 zu dem ersten Ring 12 mit einem günstigen Winkel verschleißarm abgleiten bis die Sperrkörper 18 außer Eingriff mit der zweiten Sperrkontur 20 gelangen, ohne dass hierzu ein Verkippen der Sperrkörper 18 erfolgt ist.
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In der in 4 dargestellten Inaktivposition der Sperrkörper 18 hat das Schaltelement 26 mit der von der Sperrrampe 28 weg weisenden Haltekontur 30 die jeweiligen Sperrkörper 18 in die erste Sperrkontur 16 hineingedrückt, so dass der Sperrkörper 18 aus der zweiten Sperrkontur 20 herausgehalten ist. Dadurch ist in beiden Relativdrehrichtungen eine Drehmomentübertragung zwischen den ersten Ring 12 und dem zweiten Ring 14 unterbrochen und ein Freilaufen vorgesehen. Der erste Ring 12 und die zweite Sperrkontur 20 des zweiten Rings 14 befinden sich noch in ihrer stärker beabstandeten Inaktivstellung. Wenn der Freilauf 10 wieder die in 1 dargestellte Sperrposition der Sperrkörper 18 und/oder die in 2 dargestellte Freilaufposition der Sperrkörper 18 ansteuern soll, kann bei der hierzu erforderlichen Bewegung des Schaltelements 26 wieder die näher beabstandete Aktivstellung wiederhergestellt werden.
