DE102023204493B3

DE102023204493B3 - Freewheel arrangement and gearbox with such a freewheel arrangement

Info

Publication number: DE102023204493B3
Application number: DE102023204493.5A
Authority: DE
Inventors: Vit Prosek
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2023-05-15
Filing date: 2023-05-15
Publication date: 2024-04-25
Anticipated expiration: 2043-05-16

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Freilaufanordnung (1) mit einem Antriebselement (2) und einem Abtriebselement (3), einem sich verjüngenden Spalt (11) und einem in dem Spalt (11) angeordneten Klemmelement (13). Ferner umfasst die Freilaufanordnung (1) einen mit dem Antriebselement (2) und einen mit dem Abtriebselement (3) mechanisch wirkverbundenen Reibabschnitt (5, 6). Die Reibabschnitte (5, 6) werden dabei bei einer Bewegung des Antriebselements (2) relativ zu dem Abtriebselement (3) in Verjüngungsrichtung (J) des Spalts (11) durch eine durch das Klemmelement (13) initiierte Klemmkraft (K) miteinander in Reibschluss gebracht. Die Klemmkraft (K) verläuft quer zur Verjüngungsrichtung (J) des Spalts (11). Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Getriebe (100) mit solch einer Freilaufanordnung (1).

The present invention relates to a freewheel arrangement (1) with a drive element (2) and an output element (3), a tapering gap (11) and a clamping element (13) arranged in the gap (11). The freewheel arrangement (1) further comprises a friction section (5, 6) which is mechanically operatively connected to the drive element (2) and to the output element (3). When the drive element (2) moves relative to the output element (3) in the tapering direction (J) of the gap (11), the friction sections (5, 6) are brought into frictional engagement with one another by a clamping force (K) initiated by the clamping element (13). The clamping force (K) runs transversely to the tapering direction (J) of the gap (11). The present invention further relates to a transmission (100) with such a freewheel arrangement (1).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Freilaufanordnung mit einem Antriebselement und einem Abtriebselement. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Getriebe mit solch einer Freilaufanordnung.The present invention relates to a freewheel arrangement with a drive element and an output element. Furthermore, the present invention relates to a transmission with such a freewheel arrangement.

Für den Antrieb von Fahrrädern, beispielsweise Pedelecs oder E-Bikes, sind Freiläufe bekannt, die ein Drehmoment zwischen zwei Bauteilen in einer Drehrichtung übertragen, in einer entgegengesetzten Richtung jedoch ein freies Rotieren der Bauteile ohne Drehmomentübertragung ermöglichen.Freewheels are known for driving bicycles, such as pedelecs or e-bikes, which transmit torque between two components in one direction of rotation, but allow the components to rotate freely in an opposite direction without torque transmission.

DE 10 2016 200 733 A1 zeigt eine Riemenscheibenanordnung für einen Riementrieb eines Kraftfahrzeuges, mit einer Antriebsnabe, die zur drehfesten Verbindung mit einer Generatorwelle vorbereitet ist, einer Riemenscheibe zur drehfesten Aufnahme eines Riemens, und einer die Antriebsnabe sowie die Riemenscheibe miteinander koppelnden Freilaufeinrichtung, wobei die Freilaufeinrichtung derart mit einem ersten Ring, der mehrere sich in Umfangsrichtung erstreckende Rampenbereiche aufweist, sowie einem zweiten Ring ausgestaltet ist, dass eine Relativverdrehung der beiden Ringe zueinander, zum Umschalten der Freilaufeinrichtung von einer Sperrstellung in eine Entsperrstellung, eine axiale Verschiebung der beiden Ringe relativ zueinander in eine Verschieberichtung bewirkt. EN 10 2016 200 733 A1 shows a pulley arrangement for a belt drive of a motor vehicle, with a drive hub which is prepared for a rotationally fixed connection to a generator shaft, a pulley for rotationally fixed reception of a belt, and a freewheel device coupling the drive hub and the pulley to one another, wherein the freewheel device is designed with a first ring which has a plurality of ramp regions extending in the circumferential direction, and a second ring, such that a relative rotation of the two rings to one another, for switching the freewheel device from a locking position to an unlocking position, causes an axial displacement of the two rings relative to one another in a displacement direction.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine zum genannten Stand der Technik verbesserte Freilaufanordnung vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen gehen aus des Unteransprüchen hervor.The object of the present invention is to propose a freewheel arrangement which is improved compared to the prior art mentioned. This object is achieved by the subject matter having the features of the independent patent claims. Advantageous further developments emerge from the subclaims.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Freilaufanordnung mit einem Antriebselement und einem Abtriebselement. Die Freilaufanordnung kann ausgebildet sein, um in einem muskelbetriebenen Fahrzeug, beispielsweise einem Fahrrad, verwendet zu werden. In einer Ausführungsform ist die Freilaufanordnung in einem Antriebsstrang eines Fahrrads, beispielsweise eines E-Bikes oder eines Pedelecs, angeordnet. Der Antriebsstrang des Fahrrads kann eine Antriebseinrichtung zur zumindest zeitweisen elektrischen Unterstützung eines durch Muskelkraft erfolgenden Antriebs aufweisen. Die Muskelkraft kann durch eine Kurbeleinrichtung in die Antriebseinrichtung einleitbar sein und über ein Getriebe auf ein Ausgangselement der Antriebseinrichtung übertragbar sein. Dabei kann die Antriebseinrichtung eine elektrische Maschine zur Bereitstellung eines Antriebsmoments zur elektrischen Unterstützung aufweisen, wobei ein Drehmoment der elektrischen Maschine auf das Ausgangselement der Antriebseinrichtung aufbringbar sein kann.The present invention relates to a freewheel arrangement with a drive element and an output element. The freewheel arrangement can be designed to be used in a muscle-powered vehicle, for example a bicycle. In one embodiment, the freewheel arrangement is arranged in a drive train of a bicycle, for example an e-bike or a pedelec. The drive train of the bicycle can have a drive device for at least temporary electrical support of a drive that is provided by muscle power. The muscle power can be introduced into the drive device by a crank device and transmitted to an output element of the drive device via a gear. The drive device can have an electric machine for providing a drive torque for electrical support, wherein a torque of the electric machine can be applied to the output element of the drive device.

Die Freilaufanordnung kann erfindungsgemäß Teil eines Getriebes sein, welches Teil des Antriebsstrangs oder der Antriebseinrichtung sein kann. Das Getriebe kann mit einer elektrischen Maschine mechanisch wirkverbunden sein, beispielsweise permanent drehfest verbunden ist. Das Getriebe kann neben der Freilaufanordnung eine oder mehrere Planetenstufen aufweisen. Die Planetenstufe kann koaxial zu der Freilaufanordnung vorgesehen sein. Ferner kann das Getriebe mit der Planetenstufe und der Freilaufanordnung koaxial zu der elektrischen Antriebseinrichtung ausgebildet sein. Das Antriebselement und das Abtriebselement können koaxial zueinander ausgebildet sein. Gemäß einer Ausführungsform ist das Antriebselement der Freilaufanordnung mit einer elektrischen Maschine mechanisch wirkverbunden. In einer Ausführungsform wird diese mechanische Wirkverbindung über eine Planetenstufe bereitgestellt, welche eingangsseitig mit der elektrischen Maschine und ausgangsseitig mit der Freilaufanordnung mechanisch wirkverbunden ist. Es besteht die Möglichkeit anstatt von Planetengetriebe auch andere Arten von Getrieben zu verwenden, wie beispielsweise Harmonisches Getriebe mit Flex Spline, oder Zykloiden Getriebe mit exzentrischem Element zwischen Eingangsseite und Ausgangsseite.According to the invention, the freewheel arrangement can be part of a transmission, which can be part of the drive train or the drive device. The transmission can be mechanically operatively connected to an electrical machine, for example permanently connected in a rotationally fixed manner. In addition to the freewheel arrangement, the transmission can have one or more planetary stages. The planetary stage can be provided coaxially to the freewheel arrangement. Furthermore, the transmission with the planetary stage and the freewheel arrangement can be designed coaxially to the electrical drive device. The drive element and the output element can be designed coaxially to one another. According to one embodiment, the drive element of the freewheel arrangement is mechanically operatively connected to an electrical machine. In one embodiment, this mechanical operative connection is provided via a planetary stage, which is mechanically operatively connected to the electrical machine on the input side and to the freewheel arrangement on the output side. It is possible to use other types of transmissions instead of planetary gears, such as harmonic gears with flex spline, or cycloidal gears with an eccentric element between the input side and output side.

Die Freilaufanordnung umfasst einen sich verjüngenden Spalt und ein in dem verjüngenden Spalt angeordnetes Klemmelement. Das Klemmelement kann eine beliebige Form, beispielsweise eine Kugelform, aufweisen. In einer Ausführungsform kann die Freilaufanordnung eine Vielzahl von sich verjüngenden Spalten und eine Vielzahl von Klemmelementen aufweisen, wobei in jedem sich verjüngenden Spalt ein Klemmelement angeordnet sein kann. Zumindest im Bereich des Spaltes sind das Antriebselement und das Abtriebselement voneinander beabstandet vorgesehen und stehen demnach nicht miteinander in Kontakt. Der Umstand, dass sich dieser Spalt verjüngt bedeutet, dass der Abstand zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement in Richtung der Verjüngung abnimmt. Die Verjüngung, also die Abnahme des Abstands zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement, kann dabei linear, exponentiell oder auf sonstige Art und Weise erfolgen.The freewheel arrangement comprises a tapered gap and a clamping element arranged in the tapered gap. The clamping element can have any shape, for example a spherical shape. In one embodiment, the freewheel arrangement can have a plurality of tapered gaps and a plurality of clamping elements, wherein a clamping element can be arranged in each tapered gap. At least in the region of the gap, the drive element and the output element are spaced apart from one another and are therefore not in contact with one another. The fact that this gap tapers means that the distance between the drive element and the output element decreases in the direction of the taper. The taper, i.e. the decrease in the distance between the drive element and the output element, can occur linearly, exponentially or in some other way.

Darüber hinaus umfasst die Freilaufanordnung einen mit dem Antriebselement und einen mit dem Abtriebselement mechanisch wirkverbundenen Reibabschnitt. Bei den Reibabschnitten kann es sich um Teile des Antriebs- beziehungsweise Abtriebselements handeln. In einer alternativen Ausführungsform können die Reibabschnitte auch separate Bauteile sein, die in mechanischer Wirkverbindung mit dem Antriebs- beziehungsweise Abtriebselement stehen können. Bei solch einer mechanischen Wirkverbindung bewirkt die Bewegung des einen Elements eine Reaktion des anderen Elements, wobei diese Reaktion nicht unmittelbar, sondern beispielsweise auch zeit- und alternativ oder zusätzlich wegverzögernd auftreten kann. Die Freilaufanordnung kann jeweils einen einzigen Reibabschnitt aufweisen, der mechanisch mit dem Antriebselement beziehungsweise dem Abtriebselement wirkverbunden ist. In einer alternativen Ausgestaltung weist die Freilaufanordnung eine Vielzahl von Reibabschnitten auf, die mit dem Antriebselement mechanisch wirkverbunden ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Freilaufanordnung eine Vielzahl von Reibabschnitten aufweisen, die mit dem Abtriebselement mechanisch wirkverbunden ist. Die Reibabschnitte können so miteinander mechanisch gekoppelt werden, dass zwischen diesen ein Reibschluss zur Übertragung eines Drehmoments von dem Antriebselement zu dem Abtriebselement vorliegt. In einer Ausführungsform handelt es sich bei den Reibabschnitten dabei um Lamellen, beispielsweise um Innen- und Außenlamellen, die koaxial zueinander angeordnet und zur Drehmomentübertragung in Reibschluss miteinander bringbar sein können. Die Reibabschnitte können demnach beispielsweise als Reibkupplung fungieren.In addition, the freewheel arrangement comprises a friction section that is mechanically operatively connected to the drive element and a friction section that is mechanically operatively connected to the output element. The friction sections can be parts of the drive or output element. In an alternative embodiment, the friction sections can also be separate components that are mechanically operatively connected to the drive or driven element. With such a mechanical operative connection, the movement of one element causes a reaction in the other element, whereby this reaction may not occur immediately, but may also occur over time and alternatively or additionally with a delay. The freewheel arrangement can each have a single friction section that is mechanically operatively connected to the drive element or the driven element. In an alternative embodiment, the freewheel arrangement has a plurality of friction sections that are mechanically operatively connected to the drive element. Alternatively or additionally, the freewheel arrangement can have a plurality of friction sections that are mechanically operatively connected to the driven element. The friction sections can be mechanically coupled to one another in such a way that there is a frictional connection between them for transmitting a torque from the drive element to the driven element. In one embodiment, the friction sections are plates, for example inner and outer plates, which are arranged coaxially to one another and can be brought into frictional connection with one another for torque transmission. The friction sections can therefore function, for example, as a friction clutch.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Freilaufanordnung dabei derart ausgebildet, dass die Reibabschnitte bei einer Bewegung des Antriebselements relativ zu dem Abtriebselement in Verjüngungsrichtung des Spalts durch eine Klemmkraft miteinander in Reibschluss gebracht werden. Die Klemmkraft wird dabei durch das sich in dem verjüngenden Spalt befindliche Klemmelement initiiert, also durch eine Zustandsänderung des Klemmelements beispielsweise im Zusammenspiel mit weiteren Komponenten aufgebracht. Die Freilaufanordnung ist dabei derart ausgebildet, dass die durch das Klemmelement initiierte Klemmkraft quer zur Verjüngungsrichtung des Spalts verläuft. In einer Ausführungsform ist die Querkraft dabei senkrecht zur Verjüngungsrichtung des Spalts angeordnet. Unter einem queren Verlauf der Klemmkraft wird jedoch auch eine Ausgestaltung verstanden, bei welcher die Querkraft lediglich Kraftkomponenten aufweist, die senkrecht zur Verjüngungsrichtung des Spalts angeordnet sind, daneben jedoch auch andersartige Kraftkomponenten aufweisen kann.In the context of the present invention, the freewheel arrangement is designed such that the friction sections are brought into frictional engagement with one another by a clamping force when the drive element moves relative to the output element in the tapering direction of the gap. The clamping force is initiated by the clamping element located in the tapering gap, i.e. applied by a change in state of the clamping element, for example in interaction with other components. The freewheel arrangement is designed such that the clamping force initiated by the clamping element runs transversely to the tapering direction of the gap. In one embodiment, the transverse force is arranged perpendicular to the tapering direction of the gap. However, a transverse course of the clamping force is also understood to mean an embodiment in which the transverse force only has force components that are arranged perpendicular to the tapering direction of the gap, but can also have other types of force components.

Die Freilaufanordnung der vorliegenden Erfindung ist demnach derart ausgestaltet, dass eine Relativbewegung von dem Antriebselement und dem Abtriebselement in Verjüngungsrichtung zu einer Klemmkraft quer zur Verjüngungsrichtung führt, wobei diese Klemmkraft einen Reibschluss zwischen Reibabschnitten herbeiführt. Die Reibabschnitte sind wiederum mechanisch mit dem Antriebs- beziehungsweise dem Abtriebselement wirkverbunden. Eine derartige Freilaufanordnung erlaubt vorteilhafterweise eine besonders kompakte und zuverlässige Ausgestaltung. Die Freilaufanordnung kann darüber hinaus derart ausgebildet sein, dass sie als Drehmomentbegrenzer fungiert. In anderen Worten kann aufgrund der Freilaufanordnung sichergestellt werden, dass über diese nicht mehr als ein bestimmtes Maximalmoment von dem Antriebselement zum Abtriebselement übertragen wird.The freewheel arrangement of the present invention is therefore designed such that a relative movement of the drive element and the output element in the tapering direction leads to a clamping force transverse to the tapering direction, whereby this clamping force brings about a frictional connection between friction sections. The friction sections are in turn mechanically connected to the drive or output element. Such a freewheel arrangement advantageously allows a particularly compact and reliable design. The freewheel arrangement can also be designed such that it functions as a torque limiter. In other words, the freewheel arrangement can ensure that no more than a certain maximum torque is transmitted from the drive element to the output element.

Der Reibabschnitt des Antriebselements ist erfindungsgemäß mit diesem mit Spiel mechanisch wirkverbunden. Eine derartige Wirkverbindung mit Spiel ist dabei derart ausgebildet, dass eine Relativbewegung zwischen dem Antriebselement und dessen Reibabschnitt ohne mechanischen Eingriff entgegen der Verjüngungsrichtung des Spalts ermöglicht wird. Befinden sich die Reibabschnitte beispielsweise in reibschlüssiger Verbindung, erlaubt das im Rahmen dieser Ausführungsform vorgesehene Spiel eine Umkehr der Zustandsänderung des Klemmelements, wenn das Antriebselement relativ zu dem Abtriebselement entgegen der Verjüngungsrichtung des Spalts bewegt wird. So kann ein Freigabezustand der Freilaufanordnung in zuverlässiger Art und Weise bereitgestellt werden. Das begrenzte Spiel in der mechanischen Wirkverbindung zwischen dem Reibabschnitt und dem Antriebselement kann dabei derart ausgebildet sein, dass es die für die Blockade beziehungsweise Freigabe der Freilaufanordnung erforderliche Zustandsänderung des Klemmelements in dem sich verjüngenden Spalt ermöglicht. According to the invention, the friction section of the drive element is mechanically operatively connected to it with play. Such an operative connection with play is designed in such a way that a relative movement between the drive element and its friction section is made possible without mechanical intervention against the tapering direction of the gap. If the friction sections are, for example, in a frictionally engaged connection, the play provided in this embodiment allows a reversal of the change in state of the clamping element when the drive element is moved relative to the driven element against the tapering direction of the gap. In this way, a release state of the freewheel arrangement can be provided in a reliable manner. The limited play in the mechanical operative connection between the friction section and the drive element can be designed in such a way that it enables the change in state of the clamping element in the tapering gap required for blocking or releasing the freewheel arrangement.

Hierfür kann in einer Ausführungsform ferner ein Lager vorgesehen sein, welches den Reibabschnitt des Antriebselements gegenüber der sonstigen Freilaufanordnung lagert. Die Lagerung kann derart sein, dass der Reibabschnitt bei der Relativbewegung zum Antriebselement entgegen der Verjüngungsrichtung um das zwischen diesen vorgesehene Spiel verstellt werden kann, ohne dass eine Haftreibung zu überwinden ist. Das Lager kann dabei als Axiallager ausgebildet sein. Diese Ausführungsform führt zu dem Vorteil, dass beim Auflösen des Blockadezustands, was beispielsweise mit einer Umkehr einer Zustandsänderung des Klemmelements einhergeht, nur eine geringe oder gar keine Haftreibung zu überwinden ist. Dies führt wiederum zu einer hohen Effizienz.For this purpose, in one embodiment, a bearing can also be provided which supports the friction section of the drive element relative to the rest of the freewheel arrangement. The bearing can be such that the friction section can be adjusted by the play provided between them during the relative movement to the drive element against the tapering direction, without any static friction having to be overcome. The bearing can be designed as an axial bearing. This embodiment leads to the advantage that when the blockage state is released, which is accompanied, for example, by a reversal of a change in state of the clamping element, only little or no static friction has to be overcome. This in turn leads to high efficiency.

Im Rahmen einer Ausführungsform sind das Antriebselement und das Abtriebselement dabei koaxial zueinander ausgebildet und radial ineinander verschachtelt. In einer Ausführungsform ist das Abtriebselement koaxial zu und radial innerhalb des Antriebselements vorgesehen. In dieser Ausführungsform kann der mit dem Antriebselement mechanisch wirkverbundene Reibabschnitt als Außenlamelle ausgebildet sein, die sich radial von dem Antriebselement nach innen erstreckt. Der mit dem Abtriebselement mechanisch wirkverbundene Reibabschnitt kann hingegen als Innenlamelle ausgebildet sein, die sich radial von dem Abtriebselement nach außen erstreckt. In Axialrichtung der Freilaufanordnung, also in Richtung der Koaxialachse des Antriebs- und des Abtriebselements, können die beiden Reibabschnitte dabei hintereinander angeordnet sein. Die für das Herstellen des Reibschlusses erforderliche Klemmkraft kann dabei beispielsweise in dieser Axialrichtung verlaufen, um die Innen- und Außenlamelle miteinander in Reibschluss zu bringen. In diesem Fall kann ferner die Außenlamelle, welche mechanisch mit dem Antriebselement wirkverbunden ist, über das oben beschriebene Lager gegenüber einer oder mehreren sonstigen Komponenten der Freilaufanordnung in der oben beschriebenen Art und Weise gelagert sein. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Freilaufanordnung kann eine besonders hohe Kompaktheit mit geringem axialen Bauraum ermöglicht werden.In one embodiment, the drive element and the output element are designed to be coaxial with one another and nested radially within one another. In one embodiment, the output element is provided coaxially with and radially within the drive element. In this embodiment, the friction section mechanically connected to the drive element can be designed as The friction section can be designed as an outer plate that extends radially inwards from the drive element. The friction section that is mechanically operatively connected to the output element can, however, be designed as an inner plate that extends radially outwards from the output element. The two friction sections can be arranged one behind the other in the axial direction of the freewheel arrangement, i.e. in the direction of the coaxial axis of the drive and output elements. The clamping force required to produce the frictional engagement can, for example, run in this axial direction in order to bring the inner and outer plates into frictional engagement with one another. In this case, the outer plate, which is mechanically operatively connected to the drive element, can also be mounted via the bearing described above relative to one or more other components of the freewheel arrangement in the manner described above. With such a design of the freewheel arrangement, a particularly high level of compactness with little axial installation space can be achieved.

In einer Ausführungsform weist die Freilaufanordnung ferner ein Rampenelement auf, das als ringförmiges Element koaxial zu dem Antriebs- und Abtriebselement ausgebildet sein kann. Dabei kann das Rampenelement radial innerhalb des Antriebselements und radial außerhalb des Abtriebselements vorgesehen sein. Beispielsweise ist das Rampenelement radial im Wesentlichen auf gleicher Höhe wie die Reibabschnitte angeordnet. Das Rampenelement kann im Rahmen dieser Ausführungsform einen sich in Umfangsrichtung der Ringelemente erstreckenden Rampenabschnitt zur Ausbildung des sich verjüngenden Spalts aufweisen. In einer Ausführungsform weist das Rampenelement eine Vielzahl derartiger Rampenabschnitte auf, die eine Vielzahl von sich verjüngenden Spalten ausbildet. Die Vielzahl von Rampenabschnitten kann auf gleicher oder unterschiedlicher radialer Höhe des Rampenelements ausgebildet sein. Der sich in Umfangsrichtung verjüngende Spalt kann durch das Rampenelement dabei derart ausgebildet werden, dass dieses in Axialrichtung unterschiedliche Erstreckungen aufweist. Der Rampenabschnitt kann in Umfangsrichtung einen linearen, gekrümmten, exponentiellen oder sonstigen Verlauf aufweisen, um den sich verjüngenden Spalt auszubilden. In einer Ausführungsform verläuft der Rampenabschnitt in Umfangsrichtung linear und weist einen Winkel auf, welcher kleiner als der Reibwinkel in der vorliegenden Ausgestaltung ist. Das Klemmelement kann mit dem Rampenelement und demnach auch dem Rampenabschnitt wechselwirken, um die oben beschriebene Klemmkraft zur Herbeiführung eines Reibschlusses zwischen den Reibabschnitten zu initiieren.In one embodiment, the freewheel arrangement further comprises a ramp element, which can be designed as an annular element coaxial with the drive and driven elements. The ramp element can be provided radially inside the drive element and radially outside the driven element. For example, the ramp element is arranged radially at substantially the same height as the friction sections. In this embodiment, the ramp element can have a ramp section extending in the circumferential direction of the ring elements to form the tapered gap. In one embodiment, the ramp element has a plurality of such ramp sections, which form a plurality of tapered gaps. The plurality of ramp sections can be formed at the same or different radial height of the ramp element. The gap tapering in the circumferential direction can be formed by the ramp element in such a way that it has different extensions in the axial direction. The ramp section can have a linear, curved, exponential or other course in the circumferential direction in order to form the tapered gap. In one embodiment, the ramp section extends linearly in the circumferential direction and has an angle which is smaller than the friction angle in the present embodiment. The clamping element can interact with the ramp element and thus also the ramp section in order to initiate the clamping force described above to bring about a frictional connection between the friction sections.

Im Rahmen einer Ausführungsform umfasst die Freilaufanordnung ferner ein Federelement, welches das Rampenelement und die Reibabschnitte in einem Ausgangszustand miteinander in Kontakt bringt. So kann sichergestellt werden, dass beispielsweise der räumliche Zustand des Rampenelements, welches in einer Ausführungsform weder mit dem Antriebselement noch dem Abtriebselement mechanisch unmittelbar gekoppelt ist, zu allen Zeitpunkten definiert ist. Ferner kann so gewährleistet werden, dass beim Aufprägen der Klemmkraft auf das Rampenelement unmittelbar ein Reibschluss zwischen den Reibabschnitten herbeigeführt werden kann, da diese sich bereits in Kontakt miteinander befinden. Im Ergebnis wird so eine Freilaufanordnung bereitgestellt, die schnell und robust reagiert.In one embodiment, the freewheel arrangement further comprises a spring element which brings the ramp element and the friction sections into contact with one another in an initial state. This ensures that, for example, the spatial state of the ramp element, which in one embodiment is not directly mechanically coupled to either the drive element or the output element, is defined at all times. It can also ensure that when the clamping force is applied to the ramp element, a frictional connection can be brought about immediately between the friction sections, since they are already in contact with one another. As a result, a freewheel arrangement is provided which reacts quickly and robustly.

Daneben kann die Freilaufanordnung ferner eine Federeinrichtung aufweisen, die beispielsweise als Tellerfeder ausgebildet sein kann. Die Federeinrichtung kann zusammen mit dem Rampenelement den sich in Umfangsrichtung erstreckenden und sich verjüngenden Spalt ausbilden. Dabei kann die Federeinrichtung auf einer bestimmten radialen Höhe beispielsweise eine konstante axiale Erstreckung über den gesamten Umfang aufweisen, so dass die Verjüngung des Spalts auf dieser Höhe beispielsweise lediglich durch den Rampenabschnitt des Rampenelements ausgebildet wird. Das Rampenelement kann in mechanischer Wirkverbindung mit einem der Reibabschnitte, beispielsweise der oben beschriebenen Innenlamelle, die mechanisch mit dem Abtriebselement wirkverbunden ist, stehen. Die Federeinrichtung kann dabei derart ausgebildet sein, dass sie eine Vorspannung aufweist, bei welcher sie sich bei durch die Freilaufanordnung zu übertragenen Drehmomenten zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement im Wesentlichen nicht verformt. Stattdessen führt eine Bewegung des Klemmelements in Verjüngungsrichtung dazu, dass sich dieses an der Federeinrichtung abstützt und auf dem Rampenelement abrollt, um so die Klemmkraft auf das Rampenelement aufzuprägen und die Freilaufanordnung zu blockieren.In addition, the freewheel arrangement can also have a spring device, which can be designed as a disc spring, for example. The spring device can, together with the ramp element, form the gap that extends in the circumferential direction and tapers. The spring device can, for example, have a constant axial extension over the entire circumference at a certain radial height, so that the taper of the gap at this height is formed, for example, only by the ramp section of the ramp element. The ramp element can be in mechanical operative connection with one of the friction sections, for example the inner plate described above, which is mechanically operatively connected to the output element. The spring device can be designed in such a way that it has a preload at which it essentially does not deform when torques are transmitted between the drive element and the output element by the freewheel arrangement. Instead, a movement of the clamping element in the tapering direction causes it to rest on the spring device and roll on the ramp element, thereby applying the clamping force to the ramp element and blocking the freewheel arrangement.

Wird hingegen ein Drehmoment an das Antriebselement angelegt, welches größer als ein maximal durch die Freilaufanordnung zu übertragenes Drehmoment ist, kann die Freilaufanordnung eingerichtet sein, um drehmomentbegrenzend zu wirken. Dies kann im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform dadurch geschehen, dass das Klemmelement so weit in den sich verjüngenden Spalt bewegt wird, dass die Vorspannkraft der Federeinrichtung überwunden wird und sich dieses verformt. Demnach wirkt dann eine begrenzte Klemmkraft auf die Klemmelemente, das Rampenelement und die Reibabschnitte folgen einer Kennlinie der Feder. Dabei rollen die Klemmelemente mit seinen Mitnehmerelement weiter bis zum Anschlag ab, welches mit dem Antriebselement gegen Verdrehung gesichert ist. Dank dieser dritten Kontaktstelle an Klemmelement kann dieses nicht mehr abrollen und die Klemmkraft kann nicht mehr weiter steigen. Die Reibabschnitte können hierdurch nur ein begrenztes Drehmoment durch Reibschluss übertragen. Mittels der Freilaufanordnung kann damit sichergestellt werden, dass kein Moment von dem Antriebselement zu dem Abtriebselement übertragen wird, welches größer als ein Maximalmoment ist, und zwar im Wesentlichen unabhängig von Verschleiß und von Herstellungstoleranzen. So stellt nämlich die vorgespannte Federeinrichtung sicher, dass die Komponenten sich immer in ihren avisierten Ausgangspositionen befinden, wodurch die Toleranzkette und/oder Verschleiß ausgeglichen werden können.If, however, a torque is applied to the drive element which is greater than the maximum torque that can be transmitted by the freewheel arrangement, the freewheel arrangement can be set up to have a torque-limiting effect. In the context of the present embodiment, this can be done by moving the clamping element so far into the tapering gap that the preload force of the spring device is overcome and it deforms. Accordingly, a limited clamping force then acts on the clamping elements, the ramp element and the friction sections follow a characteristic curve of the spring. The clamping elements with their driver element continue to roll down to the stop, which the drive element is secured against twisting. Thanks to this third contact point on the clamping element, it can no longer roll off and the clamping force can no longer increase. The friction sections can therefore only transmit a limited torque through friction. The freewheel arrangement can thus ensure that no torque is transmitted from the drive element to the output element that is greater than a maximum torque, and this is essentially independent of wear and manufacturing tolerances. The pre-tensioned spring device ensures that the components are always in their intended starting positions, which can compensate for the tolerance chain and/or wear.

Im Rahmen einer Ausführungsform weist die Freilaufanordnung darüber hinaus ein mit dem Antriebselement in mechanischer Wirkverbindung stehendes Mitnehmerelement auf. Das Mitnehmerelement kann mit dem Antriebselement beispielsweise drehfest verbunden sein. Das Mitnehmerelement kann ebenfalls als Ringelement ausgebildet sein, welches beispielsweise radial innerhalb des Antriebselements und radial außerhalb des Abtriebselements angeordnet sein kann. In Axialrichtung der Freilaufanordnung kann das Mitnehmerelement in dem sich verjüngenden Spalt, also beispielsweise zwischen dem Rampenelement und der Federeinrichtung, angeordnet sein. In dem Mitnehmerelement kann das Klemmelement gelagert sein, um dieses bei der Bewegung des Antriebselements relativ zum Abtriebselement in Verjüngungsrichtung des Spalts zu bewegen. Beispielsweise stützt sich das Klemmelement bei dieser Bewegung an der vorgespannten Federeinrichtung ab, die, wie oben beschrieben, bei zulässigen Drehmomenten im Wesentlichen nicht nachgibt, so dass die Bewegung des Klemmelements zum Herbeiführen der Klemmkraft führt, welche auf Rampenelement aufgeprägt wird. In diesem Zustand kann die Selbsthemmungsbedingung vorliegen, bei welcher der Reibwinkel kleiner als der Winkel des Rampenelements, beispielsweise des Rampenabschnitts, sein kann. Wird an das Antriebselement hingegen ein Drehmoment angelegt, welches größer als das maximal zulässige Drehmoment ist, so wird das Klemmelement über das Mitnehmerelement weiter in den sich verjüngenden Spalt hinein bewegt, was zu einer Überwindung der Vorspannkraft der Federeinrichtung führt. Gleichzeitig führt dies zum Berühren des Mitnehmerelementes am Ende der Bahn. Dies verhindert das freie Abrollen, welches wiederum zu einer Aufhebung der Selbsthemmungsbedingung führt. Im Ergebnis wird daher nur die maximale definierte Klemmkraft auf das Rampenelement aufgeprägt, weshalb sich die Reibabschnitte unter einem definierten maximalen Drehmoment relativ zueinander bewegen können.In one embodiment, the freewheel arrangement also has a driver element that is mechanically operatively connected to the drive element. The driver element can be connected to the drive element in a rotationally fixed manner, for example. The driver element can also be designed as a ring element, which can be arranged, for example, radially inside the drive element and radially outside the output element. In the axial direction of the freewheel arrangement, the driver element can be arranged in the tapering gap, for example between the ramp element and the spring device. The clamping element can be mounted in the driver element in order to move it in the tapering direction of the gap when the drive element moves relative to the output element. For example, during this movement, the clamping element is supported on the pre-tensioned spring device, which, as described above, essentially does not give way at permissible torques, so that the movement of the clamping element leads to the clamping force being brought about, which is impressed on the ramp element. In this state, the self-locking condition can exist, in which the friction angle can be smaller than the angle of the ramp element, for example the ramp section. If, however, a torque is applied to the drive element that is greater than the maximum permissible torque, the clamping element is moved further into the tapered gap via the driver element, which leads to the preload force of the spring device being overcome. At the same time, this leads to the driver element touching at the end of the track. This prevents free rolling, which in turn leads to the self-locking condition being canceled. As a result, only the maximum defined clamping force is imposed on the ramp element, which is why the friction sections can move relative to one another under a defined maximum torque.

Das Klemmelement kann dabei in dem Mitnehmerelement über ein Vorspannelement derart gelagert sein, dass es in Verjüngungsrichtung des Spalts vorgespannt ist. Bei dem Vorspannelement kann es sich beispielsweise um eine als Druckfeder ausgebildete Spiralfeder handeln, welche das Klemmelement in Richtung des sich verjüngenden Spalts vorspannt. So kann sichergestellt werden, dass das Klemmelement im Ausgangszustand in Kontakt mit dem Rampenelement und der Federeinrichtung steht. The clamping element can be mounted in the driver element via a pre-tensioning element in such a way that it is pre-tensioned in the tapering direction of the gap. The pre-tensioning element can be, for example, a spiral spring designed as a compression spring, which pre-tensions the clamping element in the direction of the tapering gap. This ensures that the clamping element is in contact with the ramp element and the spring device in the initial state.

Folglich kann so eine Freilaufanordnung bereitgestellt werden, die zuverlässig, schnell und robust reagiert.As a result, a freewheel arrangement can be provided that reacts reliably, quickly and robustly.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Getriebe mit einer Freilaufanordnung nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Das Getriebe kann eine Planetenstufe aufweisen, die koaxial zu der Freilaufanordnung angeordnet sein kann. Daneben kann das Getriebe weitere Planetenstufen aufweisen und alternativ oder zusätzlich in eine Antriebseinrichtung gemäß der oben beschriebenen Ausführungsformen integriert sein. Hinsichtlich der Ausgestaltungen und Vorteile der einzelnen Komponenten wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der Freilaufanordnung verwiesen.The present invention further relates to a transmission with a freewheel arrangement according to one of the previously described embodiments. The transmission can have a planetary stage that can be arranged coaxially to the freewheel arrangement. In addition, the transmission can have further planetary stages and alternatively or additionally be integrated into a drive device according to the embodiments described above. With regard to the configurations and advantages of the individual components, reference is made to the above statements in connection with the freewheel arrangement.

Es besteht die Möglichkeit anstatt von Planetengetriebe auch andere Arten von Getrieben zu verwenden, wie beispielsweise Harmonisches Getriebe mit Flex Spline, oder Zykloiden Getriebe mit exzentrischem Element zwischen Eingangsseite und Ausgangsseite.

1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch ein Getriebe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt schematisch einen ersten Querschnitt durch das Getriebe aus 1.
3 zeigt schematisch einen zweiten Querschnitt durch das Getriebe aus 1.
4 zeigt schematisch einen dritten Querschnitt durch das Getriebe aus 1.
5 zeigt eine Detailansicht des Längsschnitts aus 1.
6 zeigt schematisch eine Detailansicht eines Schnitts durch die Freilaufanordnung des Getriebes aus 1 bis 4.

Instead of planetary gears, it is possible to use other types of gears, such as harmonic gears with flex spline, or cycloidal gears with an eccentric element between the input side and the output side.

1 shows schematically a longitudinal section through a transmission according to an embodiment of the present invention.
2 shows schematically a first cross section through the gearbox from 1 .
3 shows schematically a second cross section through the gearbox from 1 .
4 shows schematically a third cross section through the gearbox from 1 .
5 shows a detailed view of the longitudinal section 1 .
6 shows schematically a detailed view of a section through the freewheel arrangement of the gearbox from 1 to 4 .

1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch ein Getriebe 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Getriebe 100 ist dabei als Getriebe für den Antrieb eines muskelbetriebenen Fahrzeuges, beispielsweise eines Pedelecs oder eines E-Bikes, ausgebildet. Das Getriebe 100 umfasst eine Planetenstufe 101 mit einem Sonnenrad 102, drei damit kämmenden Planetenrädern 103 (siehe 2) und einer Hohlradanordnung 104, mit welcher die Planetenräder 103 kämmen. Die Hohlradanordnung 104 umfasst ein erstes Hohlrad 105, das stationär angeordnet ist. Darüber hinaus umfasst die Hohlradanordnung 104 ein zweites Hohlrad 2, das ebenfalls mit den Planetenrädern 103 kämmt und drehbar vorgesehen ist. Das Getriebe 100 ist in der vorliegenden Ausführungsform mit einem Elektromotor mechanisch wirkverbunden. In der vorliegenden Ausführungsform ist hierfür das Sonnenrad 102 permanent drehfest mit dem Elektromotor verbunden. 1 shows a schematic longitudinal section through a transmission 100 according to an embodiment of the present invention. The transmission 100 is designed as a transmission for driving a muscle-powered vehicle, for example a pedelec or an e-bike. The Gear 100 comprises a planetary stage 101 with a sun gear 102, three meshing planetary gears 103 (see 2 ) and a ring gear arrangement 104 with which the planet gears 103 mesh. The ring gear arrangement 104 comprises a first ring gear 105 which is arranged stationary. In addition, the ring gear arrangement 104 comprises a second ring gear 2 which also meshes with the planet gears 103 and is provided for rotation. In the present embodiment, the transmission 100 is mechanically operatively connected to an electric motor. In the present embodiment, the sun gear 102 is permanently connected to the electric motor in a rotationally fixed manner.

Neben der Planetenstufe 101 umfasst das Getriebe 100 eine Freilaufanordnung 1, die in Axialrichtung A hinter der Planetenstufe 101 und koaxial zu dieser angeordnet ist. Die Freilaufanordnung 1 ist im Wesentlichen radial innerhalb des zweiten Hohlrads 2 der Hohlradanordnung 104 vorgesehen, das sich in Axialrichtung A über die sonstige Planetenstufe 101, also die Planetenräder 103 an das Sonnenrad 102, hinaus erstreckt. Die Freilaufanordnung 1 umfasst ein Antriebselement 2, welches in der vorliegenden Ausführungsform durch das zweite Hohlrad 2 ausgebildet wird. Darüber hinaus umfasst die Freilaufanordnung 1 ein Abtriebselement 3, welches koaxial und radial innerhalb des Antriebselements 2 vorgesehen ist. Das Abtriebselement 3 weist in der vorliegenden Ausführungsform dabei einen Absatz 4 auf, welcher an dem der Planetenstufe 101 zugewandten Ende ausgebildet ist.In addition to the planetary stage 101, the transmission 100 comprises a freewheel arrangement 1, which is arranged in the axial direction A behind the planetary stage 101 and coaxial with it. The freewheel arrangement 1 is provided essentially radially inside the second ring gear 2 of the ring gear arrangement 104, which extends in the axial direction A beyond the other planetary stage 101, i.e. the planet gears 103 to the sun gear 102. The freewheel arrangement 1 comprises a drive element 2, which in the present embodiment is formed by the second ring gear 2. In addition, the freewheel arrangement 1 comprises an output element 3, which is provided coaxially and radially inside the drive element 2. In the present embodiment, the output element 3 has a shoulder 4, which is formed at the end facing the planetary stage 101.

Mit dem Abtriebselement 3, genauer gesagt mit dem Absatz 4 des Abtriebselements 3, sind in der vorliegenden Ausführungsform mehrere Reibabschnitte 5 mechanisch wirkverbunden, vorliegend permanent drehfest verbunden. Die drehfeste Verbindung wird dabei in Form einer Keilwelle bereitgestellt, wie aus 3 ersichtlich. Bei den Reibabschnitten 5 handelt es sich in der vorliegenden Ausführungsform dabei jeweils um umlaufende Ringelemente, die radial außerhalb des Absatzes 4 des Abtriebselements 3 vorgesehen und mit diesem drehfest verbunden sind. Auch mit dem Antriebselement 2 ist eine Vielzahl von Reibabschnitten 6 mechanisch wirkverbunden. Die Wirkverbindung zwischen den Reibabschnitten 6 und dem Antriebselement 2 wird dabei ebenfalls über eine Keilwelle bereitgestellt, wie aus 3 ersichtlich. Die Wirkverbindung zwischen den Reibabschnitten 6 und dem Antriebselement 2 ist dabei jedoch derart, dass ein begrenztes Spiel zwischen der Verzahnung der Reibabschnitte 6 und der Verzahnung des Antriebselements 2, über welche die mechanische Wirkverbindung bereitgestellt wird, vorgesehen ist. Dies ist aus der schematischen Schnittansicht F-F in 3 ersichtlich. Aufgrund dieses Spiels können die Reibabschnitte 6 in Umfangsrichtung U ohne mechanischen Eingriff um das Ausmaß dieses Spiels relativ zum Antriebselement 2 bewegt werden. Sobald die Relativbewegung solch ein Ausmaß erreicht hat, dass das Spiel überwunden ist, kommt es zu einem mechanischen Eingriff.In the present embodiment, several friction sections 5 are mechanically connected to the output element 3, more precisely to the shoulder 4 of the output element 3, in this case permanently connected in a rotationally fixed manner. The rotationally fixed connection is provided in the form of a splined shaft, as can be seen from 3 The friction sections 5 in the present embodiment are each circumferential ring elements which are provided radially outside the shoulder 4 of the output element 3 and are connected to it in a rotationally fixed manner. A large number of friction sections 6 are also mechanically operatively connected to the drive element 2. The operative connection between the friction sections 6 and the drive element 2 is also provided via a splined shaft, as can be seen from 3 The operative connection between the friction sections 6 and the drive element 2 is, however, such that a limited play is provided between the teeth of the friction sections 6 and the teeth of the drive element 2, via which the mechanical operative connection is provided. This can be seen from the schematic sectional view FF in 3 Due to this play, the friction sections 6 can be moved in the circumferential direction U by the amount of this play relative to the drive element 2 without mechanical intervention. As soon as the relative movement has reached such an extent that the play is overcome, mechanical intervention occurs.

Wie in 5 gezeigt, sind in der vorliegenden Ausführungsform dabei drei mit dem Antriebselement 2 mechanisch wirkverbundene Reibabschnitte 6 und drei mit dem Abtriebselement 3 mechanisch wirkverbundene Reibabschnitte 5 vorgesehen, die in Axialrichtung A abwechselnd hintereinander angeordnet sind. Dabei ist zunächst ein erster Reibabschnitt 6 des Antriebselements 2 in Axialrichtung A folgend auf die Planetenstufe 101 vorgesehen, auf welchen ein Reibabschnitt 5 des Abtriebselements 3 folgt etc. Der erste Reibabschnitt 6 des Antriebselements 2 ist dabei mittels eines Axiallagers 7, was in 5 zu sehen ist, an den Planetenrädern 103 gelagert. Folglich ist der erste Reibabschnitt 6 des Antriebselements 2 in Umfangsrichtung U aufgrund des Axiallagers 7 relativ zu dem Antriebselement 2 um das zuvor beschriebene Spiel rotierbar, ohne dass ein durch Haftreibung verursachtes Losbrechmoment überwunden werden muss.As in 5 shown, in the present embodiment, three friction sections 6 mechanically connected to the drive element 2 and three friction sections 5 mechanically connected to the output element 3 are provided, which are arranged alternately one behind the other in the axial direction A. First, a first friction section 6 of the drive element 2 is provided in the axial direction A following the planetary stage 101, which is followed by a friction section 5 of the output element 3, etc. The first friction section 6 of the drive element 2 is here by means of an axial bearing 7, which in 5 can be seen, mounted on the planet gears 103. Consequently, the first friction section 6 of the drive element 2 can be rotated in the circumferential direction U by the previously described play relative to the drive element 2 due to the axial bearing 7, without having to overcome a breakaway torque caused by static friction.

In der vorliegenden Ausführungsform sind die Reibabschnitte 5 dabei als Innenlamellen und die Reibabschnitte 6 als Außenlamellen ausgebildet, die bei Verspannung zueinander in Axialrichtung A in reibschlüssige Verbindung miteinander gebracht werden können. Befinden sich die Außenlamellen 6 und die Innenlamellen 5 in reibschlüssiger Verbindung, so kann ein Drehmoment von dem Antriebselement 2 an das Abtriebselement 3 übertragen werden. Liegt zwischen den Lamellen 5, 6 hingegen kein Reibschluss vor, so können sich das Antriebselement 2 und das Abtriebselement 3 relativ zueinander bewegen, ohne dass es zu einer Drehmomentübertragung kommt.In the present embodiment, the friction sections 5 are designed as inner plates and the friction sections 6 as outer plates, which can be brought into a frictional connection with one another when braced against one another in the axial direction A. If the outer plates 6 and the inner plates 5 are in a frictional connection, a torque can be transmitted from the drive element 2 to the output element 3. If, however, there is no frictional connection between the plates 5, 6, the drive element 2 and the output element 3 can move relative to one another without any torque being transmitted.

Darüber hinaus umfasst die Freilaufanordnung 1 ein ringförmiges Rampenelement 8, das in Axialrichtung A hinter der letzten Innenlamelle 5, also der von der Planetenstufe 101 in Axialrichtung A am weitesten entfernten Innenlamelle 5, angeordnet ist. In addition, the freewheel arrangement 1 comprises an annular ramp element 8 which is arranged in the axial direction A behind the last inner plate 5, i.e. the inner plate 5 furthest away from the planetary stage 101 in the axial direction A.

Das Rampenelement 8 weist keine Zähne auf und steht damit weder mit dem Abtriebselement 3 noch dem Antriebselement 2 in unmittelbarer Wirkverbindung. Das Rampenelement 8 umfasst ferner eine Vielzahl von sich in Umfangsrichtung U erstreckenden Rampenabschnitten 9, bei denen sich die Erstreckung des Rampenelements 8 in Axialrichtung A jeweils ändert. Wie aus der in 6 gezeigten schematischen Schnittansicht E-E für einen Rampenabschnitt 9 ersichtlich, weist der Rampenabschnitt 9 zu Beginn eine minimale Erstreckung in Axialrichtung A_MIN auf, die sich entlang des Rampenabschnitts 9, also in Umfangsrichtung U, kontinuierlich bis auf eine maximale Erstreckung in Axialrichtung A_MAX erhöht, beispielsweise linear erhöht. Anschließend fällt die Erstreckung in Axialrichtung A wieder im Wesentlichen sprungartig auf die minimale Erstreckung A_MIN ab, um dann in einem nächsten Rampenabschnitt 9.1 in Umfangsrichtung U in analoger Art und Weise wieder anzusteigen. Wie aus 3 ersichtlich, ist eine Vielzahl solcher Rampenabschnitte 9 gleichmäßig über den Umfang U des Rampenelements 8 angeordnet. Der Winkel der Rampenabschnitte 9, 9.1 in Umfangsrichtung U ist dabei kleiner als der Reibwinkel, so dass es zu einer Selbsthemmungsbedingung kommen kann.The ramp element 8 has no teeth and is therefore not in direct operative connection with either the output element 3 or the drive element 2. The ramp element 8 further comprises a plurality of ramp sections 9 extending in the circumferential direction U, in which the extension of the ramp element 8 in the axial direction A changes in each case. As can be seen from the 6 As can be seen from the schematic sectional view EE for a ramp section 9, the ramp section 9 initially has a minimal extension in the axial direction A _MIN , which increases continuously along the ramp section 9, i.e. in the circumferential direction U, up to a maximum extension in the axial direction A _MAX , for example linearly. The extension in the axial direction A then drops again essentially abruptly to the minimum extension A _MIN , in order to then increase again in a similar manner in the next ramp section 9.1 in the circumferential direction U. As can be seen from 3 As can be seen, a large number of such ramp sections 9 are arranged evenly over the circumference U of the ramp element 8. The angle of the ramp sections 9, 9.1 in the circumferential direction U is smaller than the friction angle, so that a self-locking condition can occur.

Ferner umfasst die Freilaufanordnung 1 eine als Tellerfeder ausgebildete Federeinrichtung 10, die in 5 und 6 zu sehen ist. Die Tellerfeder 10 ist ebenfalls als Ringelement ausgebildet und koaxial zu und radial außerhalb des Abtriebselements 3 vorgesehen. In Axialrichtung A ist die Tellerfeder 10 von der Planetenstufe 101 aus betrachtet hinter dem Rampenelement 8 angeordnet. Auf einer radialen Höhe weist die Tellerfeder 10 dabei in Umfangsrichtung U eine konstante Erstreckung in Axialrichtung A auf. Folglich wird zwischen dem Rampenelement 8 und der Tellerfeder 10, genauer gesagt zwischen den Rampenabschnitten 9, 9.1 und der Tellerfeder 10, in Umfangsrichtung U eine Vielzahl von sich verjüngenden Spalten 11 ausgebildet, wie aus 6 ersichtlich. Diese Spalte 11 weisen dabei in Umfangsrichtung U mit steigender axialer Erstreckung des Rampenabschnitts 9 eine sich in Verjüngungsrichtung J verjüngende Form auf. In Umfangsrichtung U wird durch die Vielzahl von Rampenabschnitten 9, 9.1 eine Vielzahl solcher sich in Verjüngungsrichtung J verjüngender Spalte 11 ausgebildet. Die Tellerfeder 10 liegt dabei an einem drehfest mit dem Antriebselement 2 verbundenen Sprengring 12 an und ist in Richtung der Innen- beziehungsweise Außenlamellen 5, 6 und damit dem Spalt 11 vorgespannt.Furthermore, the freewheel arrangement 1 comprises a spring device 10 designed as a disc spring, which in 5 and 6 can be seen. The disc spring 10 is also designed as a ring element and is provided coaxially to and radially outside the output element 3. In the axial direction A, the disc spring 10 is arranged behind the ramp element 8 when viewed from the planetary stage 101. At a radial height, the disc spring 10 has a constant extension in the axial direction A in the circumferential direction U. Consequently, a plurality of tapering gaps 11 are formed between the ramp element 8 and the disc spring 10, more precisely between the ramp sections 9, 9.1 and the disc spring 10, in the circumferential direction U, as can be seen from 6 These gaps 11 have a tapered shape in the tapering direction J in the circumferential direction U with increasing axial extension of the ramp section 9. In the circumferential direction U, a plurality of such gaps 11 tapering in the tapering direction J are formed by the plurality of ramp sections 9, 9.1. The plate spring 10 rests against a snap ring 12 connected to the drive element 2 in a rotationally fixed manner and is pre-tensioned in the direction of the inner and outer plates 5, 6 and thus the gap 11.

In jedem sich verjüngenden Spalt 11 ist ein kugelförmiges Klemmelement 13 angeordnet, wie aus 4 bis 6 ersichtlich. Die Klemmelemente 13 sind dabei in einem Mitnehmerelement 14 vorgesehen, welches mit dem Antriebselement 2 mechanisch wirkverbunden ist. Wie aus 4 ersichtlich, ist diese mechanische Wirkverbindung in der vorliegenden Ausführungsform mittels einer Keilwelle durch eine drehfeste Verbindung ausgebildet. Das Mitnehmerelement 14 ist als Ringelement umlaufend in dem Spalt 11 angeordnet, welcher in Axialrichtung A zwischen dem Rampenelement 8 und der Tellerfeder 10 ausgebildet wird. Ferner ist ein Federelement 18 vorgesehen, welches in 5 gezeigt ist. Das Federelement 18 stützt sich an dem Mitnehmerelement 14 ab und bringt eine Federkraft auf das Rampenelement 8 auf. Diese Federkraft stellt sicher, dass das Rampenelement 8 sowie die Innen- und Außenlamellen 5, 6 im Ausgangszustand miteinander in Kontakt stehen.In each tapered gap 11 a spherical clamping element 13 is arranged, as can be seen from 4 to 6 The clamping elements 13 are provided in a driver element 14, which is mechanically connected to the drive element 2. As can be seen from 4 As can be seen, this mechanical operative connection is formed in the present embodiment by means of a splined shaft through a rotationally fixed connection. The driver element 14 is arranged as a ring element circumferentially in the gap 11, which is formed in the axial direction A between the ramp element 8 and the disc spring 10. Furthermore, a spring element 18 is provided, which in 5 The spring element 18 is supported on the driver element 14 and applies a spring force to the ramp element 8. This spring force ensures that the ramp element 8 and the inner and outer plates 5, 6 are in contact with one another in the initial state.

Wie aus 4 bis 6 ersichtlich, weist das Mitnehmerelement 14 ferner für jedes Klemmelement 13 eine Aussparung 15 auf, in welcher das Klemmelement 13 angeordnet ist. Die Aussparung 15 ist derart ausgebildet, dass das Klemmelement 13 sich in dem Mitnehmerelement 14 in Umfangsrichtung U bewegen kann. Daneben ist die Aussparung 15 des Mitnehmerelements 14 derart ausgebildet, dass das Klemmelement 13 in Axialrichtung A beidseitig über das Mitnehmerelement 14 übersteht, um so sowohl mit der Tellerfeder 10 als auch mit dem Rampenelement 8 in Kontakt zu treten.As from 4 to 6 As can be seen, the driver element 14 also has a recess 15 for each clamping element 13, in which the clamping element 13 is arranged. The recess 15 is designed such that the clamping element 13 can move in the driver element 14 in the circumferential direction U. In addition, the recess 15 of the driver element 14 is designed such that the clamping element 13 protrudes beyond the driver element 14 on both sides in the axial direction A in order to come into contact with both the plate spring 10 and the ramp element 8.

In jeder der Aussparungen 15 im Mitnehmerelement 14 ist dabei in der vorliegenden Ausführungsform ein Vorspannelement 16 vorgesehen, welches vorliegend als Spiralfeder ausgebildet ist. Die Spiralfeder spannt das Klemmelement 13 in der Aussparung 15 in Umfangsrichtung U, genauer gesagt in die Verjüngungsrichtung J des Spalts 11, vor. Dadurch werden die Klemmelemente 13 in ihren Aussparungen 15 aufgrund der Vorspannelemente 16 in Richtung der sich verjüngenden Spalte 11 bewegt, um in einer Ausgangsposition sowohl mit dem dazugehörigen Rampenabschnitt 9 als auch der Tellerfeder 10 in Kontakt zu kommen. Um die Vorspannelemente 16 in den Aussparungen 15 in dem Mitnehmerelement 14 in ihren Positionen zu halten, ist ein weiteres Ringelement 17 vorgesehen, welches in Axialrichtung A zwischen dem Rampenelement 8 und dem Mitnehmerelement 14 angeordnet ist. Das Element 17 ist dabei derart ausgebildet, dass es kleine axiale Bewegungen der Vorspannelemente 16 zulässt.In the present embodiment, a pre-tensioning element 16 is provided in each of the recesses 15 in the driver element 14, which in this case is designed as a spiral spring. The spiral spring pre-tensions the clamping element 13 in the recess 15 in the circumferential direction U, more precisely in the tapering direction J of the gap 11. As a result, the clamping elements 13 in their recesses 15 are moved in the direction of the tapering gap 11 due to the pre-tensioning elements 16 in order to come into contact with both the associated ramp section 9 and the plate spring 10 in an initial position. In order to hold the pre-tensioning elements 16 in their positions in the recesses 15 in the driver element 14, a further ring element 17 is provided, which is arranged in the axial direction A between the ramp element 8 and the driver element 14. The element 17 is designed in such a way that it allows small axial movements of the pre-tensioning elements 16.

Wird nun das Antriebselement 2 relativ zum Abtriebselement 3 in Verjüngungsrichtung J des Spalts 11 bewegt, führt dies dazu, dass die Klemmelemente 13 über das Mitnehmerelement 14, welches drehfest mit dem Antriebselement 2 verbunden ist, entgegen der Federkraft der Vorspannelemente 16 ebenfalls in Verjüngungsrichtung J des Spalts 11 bewegt werden. Die Klemmelemente 13 rollen dabei aus ihrer durch das Vorspannelement 16 definierten Ausgangsposition auf den Rampenabschnitten 9 des Rampenelements 8 in Verjüngungsrichtung J ab, wie in 5 und 6 durch die Pfeile an den Klemmelementen 13 gezeigt. Die Klemmelemente 13 rollen dabei auf den jeweiligen Rampenabschnitten 9 des Rampenelements 8 bis zu einer durch das Mitnehmerelement 14 definierten Anschlagposition ab und bewegen sich damit in Verjüngungsrichtung J des Spalts 11. Die Tellerfeder 10 weist dabei eine Vorspannung auf, bei welcher sie sich bei durch die Freilaufanordnung 1 zu übertragenen Drehmomenten zwischen dem Antriebselement 2 und dem Abtriebselement 3 im Wesentlichen nicht verformt. Eine Bewegung der Klemmelemente 13 in Verjüngungsrichtung J in dem Spalt 11 führt demnach durch ein Abstützen der Klemmelemente 13 an der Tellerfeder 10 dazu, dass die Klemmelemente 13 eine in 5 und 6 gezeigte Klemmkraft K auf das Rampenelement 8 aufprägen. Die Klemmkraft K führt dann dazu, dass die Innen- beziehungsweise Außenlamellen 5, 6 in reibschlüssige Verbindung gebracht werden. Im Ergebnis wird so die Freilaufanordnung 1 blockiert, um ein Drehmoment von dem Antriebselement 2 an das Abtriebselement 3 zu übertragen.If the drive element 2 is now moved relative to the output element 3 in the tapering direction J of the gap 11, this leads to the clamping elements 13 being moved in the tapering direction J of the gap 11 against the spring force of the pre-tensioning elements 16 via the driver element 14, which is connected to the drive element 2 in a rotationally fixed manner. The clamping elements 13 roll from their initial position defined by the pre-tensioning element 16 on the ramp sections 9 of the ramp element 8 in the tapering direction J, as shown in 5 and 6 shown by the arrows on the clamping elements 13. The clamping elements 13 roll on the respective ramp sections 9 of the ramp element 8 up to a stop position defined by the driver element 14 and thus move in the tapering direction J of the gap 11. The disc spring 10 has a preload at which it can be compressed by the torques to be transmitted by the freewheel arrangement 1. between the drive element 2 and the driven element 3 is essentially not deformed. A movement of the clamping elements 13 in the tapering direction J in the gap 11 therefore leads to the clamping elements 13 being supported on the disc spring 10 and to the clamping elements 13 having a 5 and 6 shown clamping force K is applied to the ramp element 8. The clamping force K then causes the inner and outer plates 5, 6 to be brought into frictional connection. As a result, the freewheel arrangement 1 is blocked in order to transmit a torque from the drive element 2 to the output element 3.

Kommt es nun zu einem Drehmoment an dem Antriebselement 2, welches größer als ein maximal durch die Freilaufanordnung 1 zu übertragbares Drehmoment ist, überkommen die Klemmelemente 6 die Vorspannkraft der Tellerfeder 10, welches sich dadurch verformt. Die Klemmelemente 6 bewegen sich dann weiter bis zu ihrer Endanschlagsposition, bei welcher die Selbsthemmungsbedingung aufgrund des zusätzlichen Kontakts mit Reibung aufgehoben ist. In diesem Zustand vergrößert sich die Klemmkraft K nicht mehr, weshalb die Innenlamellen 5 unter einem Rutschmoment rutschen können, welches durch die Kraft der Tellerfeder 10 definiert ist. Die Kraft der Tellerfeder 10 kann dabei eine regressive Charakteristik aufweisen, sodass Hysterese erzeugt wird. So kann durch die Freilaufanordnung 1 sichergestellt werden, dass kein Drehmoment übertragen wird, welches größer als ein maximal zu übertragendes Drehmoment ist.If a torque now occurs on the drive element 2 which is greater than the maximum torque that can be transmitted by the freewheel arrangement 1, the clamping elements 6 overcome the preload force of the plate spring 10, which is deformed as a result. The clamping elements 6 then move further to their end stop position, at which the self-locking condition is canceled due to the additional contact with friction. In this state, the clamping force K no longer increases, which is why the inner plates 5 can slip under a slipping torque which is defined by the force of the plate spring 10. The force of the plate spring 10 can have a regressive characteristic, so that hysteresis is generated. The freewheel arrangement 1 can thus ensure that no torque is transmitted which is greater than the maximum torque that can be transmitted.

Wird das Antriebselement 2 relativ zum Abtriebselement 3 nun hingegen entgegen der Verjüngungsrichtung J bewegt, werden die Klemmelemente 13 von ihrer Blockadeposition zurück zu ihrer Ausgangsposition bewegt. Die Gesamtheit der Innen- und Außenlamellen 5, 6 wird dabei aufgrund des Axiallagers 7 ohne Überwindung einer Haftreibung um das zwischen den Außenlamellen 6 und dem Antriebselement 2 vorhandene Spiel entgegen der Verjüngungsrichtung J bewegt. Die Klemmkraft K wird dadurch aufgehoben, weshalb die Innenlamellen 5 anschließend frei relativ zu den Außenlamellen rotieren können. Lediglich die Vorspannkraft durch das Federelement 18, welche auf das Rampenelement 8 wirkt, erzeugt dabei eine auf die Lamellen 5, 6 wirkende Kraft, wobei eine Reibkraft zwischen der Innenlamelle 5, welche unmittelbar an dem Rutschelement 8 anliegt, und dem Rutschelement 8 dieser rotatorischen Vorspannung entgegenwirkt. Zwischen den Innenlamellen 5 könnte dabei auch eine Wellenfeder, beispielsweise eine weiche Wellenfeder, angeordnet sein, um solch ein Schleppmoment zu verringern.If, however, the drive element 2 is moved relative to the output element 3 against the tapering direction J, the clamping elements 13 are moved from their blocking position back to their starting position. The entirety of the inner and outer plates 5, 6 is moved against the tapering direction J by the play existing between the outer plates 6 and the drive element 2 due to the axial bearing 7 without overcoming static friction. The clamping force K is thereby canceled, which is why the inner plates 5 can then rotate freely relative to the outer plates. Only the preload force by the spring element 18, which acts on the ramp element 8, generates a force acting on the plates 5, 6, with a friction force between the inner plate 5, which lies directly on the sliding element 8, and the sliding element 8 counteracting this rotational preload. A wave spring, for example a soft wave spring, could also be arranged between the inner plates 5 in order to reduce such a drag torque.

BezugszeichenReference symbols

11: FreilaufanordnungFreewheel arrangement
22: AntriebselementDrive element
33: AbtriebselementOutput element
44: AbsatzParagraph
5, 65, 6: ReibabschnittFriction section
77: AxiallagerAxial bearing
88th: RampenelementRamp element
9, 9.19, 9.1: RampenabschnittRamp section
1010: TellerfederDisc spring
1111: sich verjüngender Spalttapered gap
1212: SprengringSnap ring
1313: KlemmelementClamping element
1414: MitnehmerelementDriving element
1515: AussparungRecess
1616: VorspannelementPreload element
1717: RingelementRing element
1818: FederelementSpring element
AA: AxialrichtungAxial direction
Amin, AmaxAmine, Amax: AxialerstreckungAxial extension
UU: UmfangsrichtungCircumferential direction
JJ: VerjüngungsrichtungRejuvenation direction
KK: KlemmkraftClamping force
100100: Getriebetransmission
101101: PlanetenstufePlanetary stage
102102: SonnenradSun gear
103103: PlanetenradPlanetary gear
104104: HohlradanordnungRing gear arrangement
105105: erstes Hohlradfirst ring gear

Claims

Freewheel arrangement (1) with a drive element (2) and an output element (3), a tapering gap (11), a clamping element (13) arranged in the gap (11) and a friction section (5, 6) mechanically operatively connected to the drive element (2) and to the output element (3), wherein the friction sections (5, 6) are brought into frictional engagement with one another during a movement of the drive element (2) relative to the output element (3) in the tapering direction (J) of the gap (11) by a clamping force (K) initiated by the clamping element (13) which runs transversely to the tapering direction (J) of the gap (11), characterized in that the mechanical The operative connection between the drive element (2) and the friction section (6) is designed with play so as to enable a relative movement between the drive element (2) and the friction section (6) without mechanical intervention against the tapering direction (J) of the gap (11).

Freewheel arrangement (1) according to Claim 1 , characterized in that the freewheel arrangement (1) has a bearing (7) for supporting the friction section (6) of the drive element (2) in order to enable the relative movement between the drive element (2) and its friction section (6) against the tapering direction (J) of the gap (11) without overcoming static friction.

Freewheel arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the drive element (2) and the output element (3) are designed as ring elements arranged coaxially to one another and nested radially one inside the other.

Freewheel arrangement (1) according to Claim 3 , characterized in that the freewheel arrangement (1) has a ramp element (8) which has a ramp section (9) extending in the circumferential direction (U) of the ring elements for forming the tapering gap (11).

Freewheel arrangement (1) according to Claim 4 , characterized in that the freewheel arrangement (1) has a spring element (18) to bring the ramp element (8) and the friction sections (5, 6) into contact with one another in an initial state.

Freewheel arrangement (1) according to one of the Claims 4 and 5 , characterized in that the freewheel arrangement (1) has a spring device (10) which, together with the ramp element (8), forms the gap (11) extending and tapering in the circumferential direction (U), and the ramp element (8) is in mechanical operative connection with one of the friction sections (5; 6), wherein the spring device (10) has a prestressing force such that the clamping element (13) can be supported on the gap (11) when moving in the tapering direction (J) in order to impress the clamping force (K) on the ramp element (8) and to block the freewheel arrangement (1).

Freewheel arrangement (1) according to Claim 6 , characterized in that the freewheel arrangement (1) is designed such that when the drive element (2) moves relative to the output element (3) in the tapering direction (J) of the gap (11) with a torque which is higher than a maximum torque to be transmitted, the clamping element (13) overcomes the prestressing force of the spring device (10), whereby the freewheel arrangement (1) acts as a torque limiter.

Freewheel arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the freewheel arrangement (1) further comprises a driver element (14) which is in mechanical operative connection with the drive element (2) and in which the clamping element (13) is mounted in order to drive it along during the movement of the drive element (2) relative to the output element (3) in the tapering direction (J) of the gap (11).

Freewheel arrangement (1) according to Claim 8 , characterized in that the clamping element (13) is mounted in the driver element (14) via a prestressing element (16) which prestresses the clamping element (13) in the tapering direction (J) of the gap (11).

Transmission (100) with a freewheel arrangement (1) according to one of the preceding claims.