WO2016134714A1 - Freilaufeinrichtung für einen antriebsstrangschnitt eines fahrzeugs sowie antriebsstrangschnitt für ein fahrzeug oder fahrzeug mit dem antriebsstrangschnitt - Google Patents

Freilaufeinrichtung für einen antriebsstrangschnitt eines fahrzeugs sowie antriebsstrangschnitt für ein fahrzeug oder fahrzeug mit dem antriebsstrangschnitt Download PDF

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WO2016134714A1
WO2016134714A1 PCT/DE2016/200099 DE2016200099W WO2016134714A1 WO 2016134714 A1 WO2016134714 A1 WO 2016134714A1 DE 2016200099 W DE2016200099 W DE 2016200099W WO 2016134714 A1 WO2016134714 A1 WO 2016134714A1
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WO
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freewheel
state
section
output
input
Prior art date
Application number
PCT/DE2016/200099
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Mehlis
Bastian Krüger
Eckhard Kirchner
Andreas Kinigadner
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D41/00—Freewheels or freewheel clutches
    • F16D41/06—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface
    • F16D41/069—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface the intermediate members wedging by pivoting or rocking, e.g. sprags
    • F16D41/07—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface the intermediate members wedging by pivoting or rocking, e.g. sprags between two cylindrical surfaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D41/00—Freewheels or freewheel clutches
    • F16D41/18—Freewheels or freewheel clutches with non-hinged detent
    • F16D41/185—Freewheels or freewheel clutches with non-hinged detent the engaging movement having an axial component
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D41/00—Freewheels or freewheel clutches
    • F16D41/06—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface
    • F16D2041/0603—Sprag details

Definitions

  • Freewheel device for a drive train section of a vehicle and drive train section for a vehicle or vehicle with the
  • the invention relates to a freewheel device for a drive train section of a vehicle with a freewheel input, with a freewheel output, wherein the freewheel device can assume a coupling state and a freewheeling state, wherein the freewheel device in the coupling state can transmit a torque from the freewheel input to the freewheel output via a torque path and wherein is opened in the freewheeling state of the freewheel device, the torque path, with an input gear, wherein the input gear is rotatably connected with respect to a main axis of rotation with the freewheel input, with an output gear, wherein the output gear rotatably connected to the freewheeling output, and with a plurality of clamping bodies, wherein the clamping body between the input gear and the output gear are arranged, wherein the input gear and the output gear in the coupling state via the clamping body rotatably coupled and decoupled in the freewheeling state.
  • the invention also relates to the drive train section for the vehicle or the vehicle with the shift transmission section, wherein the drive
  • Freewheels are used to temporarily couple and release shafts. While the controllable clutches are temporarily connected via an actuator system, freewheels usually work automatically and in particular depend on the speed.
  • the document DE 10 201 1080 454 A1 discloses a vehicle with a hybrid drive.
  • the vehicle comprises an internal combustion engine and an electric motor, wherein a transmission structure is arranged between the internal combustion engine and the electric motor.
  • the transmission structure comprises a coupling device and a Freewheel, the transmission technology are arranged parallel to each other. With this transmission structure, different drive modes of the vehicle are possible.
  • the document DE 41 19 095 A1 shows a switchable sprag freewheel with two concentric cage rings and housed in pockets of the same clamping bodies, the cage rings for switching the freewheel are relatively movable. By an axial movement of the cage rings relative to each other, the clamping body for switching the freewheel are pivotable.
  • the document DE 10 201 1 107 488 A1 which forms the closest prior art, shows a freewheel, in particular for internal combustion engines, with an inner ring coupled to the crankshaft and a ring gear coupled to the starter shaft.
  • the freewheel is used for decoupling the crankshaft and the starter ring gear and has a plurality of spring-loaded clamping body, which act in the coupled state on the outer ring and the inner ring and transmit torque between the outer ring and the inner ring and spaced in the decoupled state of the outer ring.
  • a freewheel device which is suitable and / or designed for a drive train section of a vehicle.
  • the freewheel device is preferably designed as a coupling acting only in a transmission rotational direction.
  • the driveline portion is preferably an intermediate portion between a traction motor of the vehicle and the driven wheels of the vehicle, wherein in the driveline portion, drive torque is transmitted from the traction motor to the driven wheels.
  • the drive train section has a partial section of a torque path.
  • the vehicle is particularly preferably designed as a passenger car, bus, truck, etc.
  • the drive train section is a shift transmission section.
  • the freewheel device has a freewheel input and a freewheel output.
  • one or the torque path extends from the freewheel input to the freewheel output when the freewheel device is closed.
  • the freewheel device can assume a coupling state and a freewheeling state.
  • the freewheel device can also assume other states.
  • In the coupling state torque is transmitted from the freewheel input to the freewheel output via the torque path.
  • In the freewheeling state of the freewheel device the torque path is opened, in particular, the freewheel input and the freewheel output are uncoupled to one another.
  • the freewheel device has an input wheel, wherein the input gear is connected to the freewheel input at least or precisely in a rotational direction with respect to a main rotational axis of the freewheel device.
  • the main axis of rotation is defined in particular by a rotational axis of the freewheel device.
  • the freewheel device on an output gear, wherein the output gear is rotatably connected to the freewheel output.
  • a plurality of clamping bodies is arranged, wherein the input gear and the output gear in the coupling state via the clamping body rotatably coupled with respect to the main axis of rotation and in the Freewheel state are decoupled.
  • the freewheel device forms a clamp body coupling.
  • the clamping body are rotatably connected to the output gear.
  • the clamp bodies are carried by the output wheel in a rotation about the main axis of rotation.
  • the freewheel device is controlled and in particular controlled with regard to the transition from the coupling state into the freewheeling state and / or from the freewheeling state into the coupling state.
  • the freewheel device is designed as an overrunning clutch.
  • the freewheel output can rotate faster than the freewheel input.
  • the freewheel device is particularly preferably embodied as a freewheel device acting or coupling in only one direction of rotation.
  • the coupling state is carried out in a coupling rotational direction, whereas in a reverse direction of rotation to the coupling direction of rotation is always given a free-wheeling state.
  • the freewheel device forms a novel key component for such drive train sections.
  • the freewheel device is designed as a speed-dependent freewheel device, wherein the freewheel device at a first speed in the freewheeling state and at a second speed in the coupling state, wherein the second speed is higher than the first speed.
  • the freewheel device is in particular designed so that the coupling state is reached only when it is exceeded or after the exceeding of a threshold value between the first and the second rotational speed.
  • the output gear is arranged coaxially and concentrically on the inside in the input gear, wherein the output gear and the input gear together form an annular gap region.
  • the clamping bodies are arranged in this annular gap area.
  • the clamping bodies are arranged in the annular gap area in the radial direction to the main axis of rotation.
  • the clamping bodies each have a pivoting section for pivoting about an axially and parallel offset from the main axis of rotation pivoting area.
  • the pivoting takes place in a radial plane to the main axis of rotation.
  • the clamping body take in the freewheeling state, a first pivot position and in the coupling state, a second pivot position. In the coupling state, the clamping body contacts both the input gear and the output gear and connects them by clamping.
  • the pivoting portion is formed as a receiving opening in the clamping body and the pivoting area as an axially extending to the main axis of rotation pivot finger portion which is arranged in the receiving opening.
  • the clamping body has an outer abutment portion for abutment with the output gear during the pivoting movement.
  • the clamping body is pivoted about the pivot finger portion, wherein the outer abutment portion applies in this second pivot position on the input gear.
  • the clamping body has an inner contact portion, wherein the inner Anklageabterrorism applies in the second pivot position on the output gear.
  • the receiving opening is formed in excess of the pivot finger portion.
  • a free inner diameter of the receiving opening has a greater value than the outer diameter of the pivot finger portion. This ensures that a pivot axis can freely adjust in the clamping body during the pivoting movement.
  • the freewheel device has a locking device for locking the freewheeling state.
  • the locking device is designed for controllable or switchable locking of the freewheeling state.
  • the locking device locks the clamp bodies in the first pivot position.
  • the locking device has the advantage that the transition from the freewheeling position is still speed-dependent, the freewheel device can be secured by the locking but in the freewheeling state, so that an accidental transition from the freewheeling state is excluded in the coupling state.
  • the locking device is designed as a sliding sleeve.
  • the sliding sleeve has a securing finger portion, wherein the sliding sleeve can assume a locking state and a release state.
  • the securing finger portion locks the clamping body in the first pivoting position, so that the freewheel device is in the freewheeling state.
  • the release state of the securing finger portion of the clamping body is released, so that the freewheel device - in particular speed-dependent - can go into the coupling state.
  • the sliding sleeve by an axial displacement along the main axis of rotation of the locking state in the release state and / or from the release state into the locked state can be transferred.
  • the clamping body has a guide portion, which is inclined to the axial feed direction of the securing finger portion, so that this can slide on an axial feeds on the guide portion and can actively transfer the clamping body in the first pivot position.
  • Another object of the invention relates to a drive train section for a vehicle or vehicle with the drive train section, wherein the freewheel device is arranged in a torque path between a traction motor and the driven wheels.
  • the drive train section is designed as a shift transmission section.
  • the shift transmission section is suitable and / or designed for a vehicle.
  • the vehicle is preferably a road vehicle, in particular a passenger car, truck, bus, etc.
  • the shift transmission section has the functional task of providing at least two different ratios, in particular gear ratios, in a drive train of the vehicle.
  • the gearbox section is formed as a two-speed gearbox section, which provides exactly two different translations.
  • the vehicle is designed as an electric vehicle or as a hybrid vehicle, so that the vehicle particularly preferably has at least one electric motor as a traction motor.
  • the shift transmission portion is used to pass a drive torque for the vehicle in order to accelerate the vehicle in operation to a speed greater than 50 km / h can.
  • the shift transmission section has a section input and a section output.
  • the section input and section output may be mechanical interfaces or sections.
  • the section input and / or the section output are each formed as a shaft or as a shaft section.
  • the shift transmission section has the freewheel device, wherein the freewheel device is arranged in a freewheeling torque path between the section input and the section output.
  • the freewheel device can at least take the freewheeling state and the coupling state, being closed in the coupling state of the freewheeling torque path via the freewheel device and is open in the freewheeling state of the freewheeling torque path through the freewheel device.
  • the shift transmission section has a clutch device, wherein the clutch device is arranged in a clutch torque path between the section input and the section output.
  • the coupling device can be designed arbitrarily in a general embodiment of the invention.
  • the coupling device is particularly preferably realized as a frictional coupling device.
  • the clutch torque path forms a bypass path to the freewheeling torque path.
  • the shift transmission section it is possible for the shift transmission section to conduct torque from the section input via the clutch device to the section output in a first operating state, wherein the freewheeling torque path in the freewheel device is open and, in a second operating state, conducts the torque from the section input via the freewheel device to the section output wherein the clutch torque path is opened in the clutch device.
  • the freewheel device is designed as a speed-dependent freewheel device, wherein the freewheel device is at a first speed with respect to a main axis of rotation of the freewheel device in a freewheeling state and at a second speed in a coupling state, wherein the second speed is higher than the first speed.
  • the main axis of rotation is the axis of rotation of the freewheel device.
  • the freewheel device is brought into the coupling state when the rotational speed is above a threshold value between the first and the second rotational speed.
  • the freewheel device is thus achieved that from the threshold and / or at least the second speed of the freewheeling torque path is preferably automatically closed and / or activated.
  • the shift transmission section is a semi-automatic, speed-controlled manual transmission.
  • a speed-dependent freewheel device with the illustrated characteristic, it is also possible to dispense with a separate actuator for opening and closing the freewheeling torque path. In this way, the number of required components in the gearbox section is kept low. As a result, the weight of the manual transmission portion is low and / or the manufacturing cost is low. It is of particular advantage that the change from the clutch torque path to the freewheeling torque path can be performed without traction interruption.
  • the shift transmission section can assume the first operating state, wherein the clutch device is in a closed state and the freewheel device is in a freewheeling state. Further, the shift transmission portion can assume the second operating state, wherein the clutch device is in an open state and the freewheel device in a coupling state.
  • the translations, in particular gear ratios, the freewheeling torque path and the clutch torque path are formed differently, so that at the same time a change of the translations, in particular ratios occurs due to the change of the operating conditions.
  • the first operating state corresponds to a first gear stage and the second operating state corresponds to a second gear stage.
  • the first operating state and / or the first gear stage is used for low speeds of the vehicle, the second operating state and / or the second gear stage is used for higher speeds of the vehicle.
  • Diagrams for illustrating the method for switching the transmission section another diagram illustrating the method; a cross-section and a longitudinal section through a freewheel device of the gearbox section; the cross section in the figure 4a in a settlement; a sliding sleeve and a clamping body of the freewheel device.
  • the vehicle 1 shows a highly schematic diagram of a vehicle 1 with a gearbox section 2 as a first embodiment of the invention.
  • the vehicle 1 is, for example, a passenger car and is shown only highly schematically as a block.
  • the vehicle 1 has an electric motor 3, which is designed as a traction motor and serves to drive the vehicle 1.
  • the electric motor 3 is designed in terms of power so that the vehicle 1 can be accelerated by the driving torque of the electric motor 3 to speeds greater than 50 km / h.
  • the vehicle 1 may have an internal combustion engine, so that it is designed as a hybrid vehicle.
  • an electric vehicle without combustion engine is shown as an embodiment, an electric vehicle without combustion engine.
  • the gearbox section 2 has a section input 4 and a section output 5.
  • the section input 4 is non-rotatably connected to a rotor of the electric motor 3.
  • between the Section input 4 and the electric motor 3 may be arranged further transmission components.
  • the section output 5 is operatively connected in the embodiment shown with a further gear stage 6, wherein the further gear stage 6 is a translation, in this embodiment, a reduction.
  • the further gear stage 6 is designed as a planetary gear stage, wherein the section output 5 is rotatably connected to a sun gear 6.1.
  • the sun gear 6.1 meshes with a plurality of planet gears 6.2, which are rotatably mounted on a planet carrier 6.3.
  • the planet gears 6.2 mesh in turn with a ring gear 6.4, which is stationary relative to a surrounding structure 7, in particular a housing, is arranged.
  • the sun gear 6.1 thus forms an input into the further gear stage 6 and the planet carrier 6.3 an output from the further gear stage. 6
  • the planet carrier 6.3 and / or the output of the further gear 6 is operatively connected in this embodiment with a differential device 8, which distributes an applied drive torque to two wheels 9 of the vehicle 1, wherein only one wheel 9 is shown in the drawing.
  • a differential device 8 designed as a transverse differential device
  • a longitudinal differential device can be used.
  • the shift transmission portion 2 is formed as a two-speed power shift stage for the vehicle drive of the vehicle 1.
  • the shift transmission section 2 provides two different gear ratios via a first and a second operating state B1, B2, as will be explained below.
  • a first torque path designed as a clutch torque path KM
  • a freewheeling torque path FM runs from the section input 4 via a freewheel device 11 to the section output 5.
  • the clutch torque path KM forms a bypass path to the coasting torque path FM.
  • the freewheeling torque path FM forms a bypass path to the clutch torque path KM.
  • a transmission stage 12 is further provided.
  • the gear 12 may be formed in principle arbitrary.
  • the section input 4 is rotatably coupled to a sun gear 12.1.
  • the sun gear 12.1 is arranged coaxially with the section input 4.
  • the sun gear 12.1 meshes with a plurality of planetary gears 12.2, whose axes of rotation are offset in parallel on a common pitch circle diameter about the main axis of rotation H, which is defined by the section input 4 and / or the axis of rotation of the freewheel device 1 1 rotatably arranged.
  • the planet gears 12.2 sit on a planet carrier 12.3.
  • the planet gears 12.2 mesh on the one hand with the sun gear 12.1 and on the other with a ring gear 12.4, which is arranged stationary on the surrounding structure 7, in particular on the housing.
  • the sun gear 12.1 forms an input into the gear stage 12 and the planet carrier 12.3 an output from the gear stage 12.
  • the planet carrier 12.3 is connected as an output to an input side of the coupling device 10.
  • An output side of the coupling device 10, however, is non-rotatably connected to the section output 5.
  • the clutch torque path KM runs from the Section input 4 via the sun gear 12.1, the planet gears 12.2, the planet carrier 12.3 via the coupling device 10 to the section output fifth
  • the gear stage 12 is used to implement a ratio, in this case a reduction, so that starting from a high speed at the section input 4, a lower speed is output at the section output 5.
  • the clutch torque path KM converts a first speed stage in the vehicle 1.
  • the freewheel device 1 is rotatably connected via a freewheel input 13 to the section input 4 and connected to a freewheel output 14 rotatably connected to the section output 5.
  • the freewheel device 1 1 can assume a freewheeling state, wherein the freewheeling torque path FM is then separated in the freewheel device 1 1, and occupy a coupling state, the freewheeling torque path FM is closed by the freewheel device 1 1 and also between the section input 4 and the section output 5 is closed ,
  • the freewheeling torque path FM forms a 1: 1 ratio, so that an input speed at the section input 4 corresponds to the output speed at the section output 5.
  • the freewheeling torque path implements a second speed stage in the shift transmission portion 2 of the vehicle 1 configured as a two-speed power shift stage.
  • the freewheel device 1 1 is designed as a speed-dependent freewheel device, which changes from a threshold value for the speed of the freewheeling state in the coupling state.
  • the freewheel device 1 1 changes when the threshold is exceeded, ie at a transition from a first speed to a second speed, wherein the second speed is higher than the first speed, from the freewheeling state in the coupling state.
  • the coupling state of the freewheel device 1 1 is taken when the speed of the freewheel device 1 1 has exceeded the threshold.
  • the freewheeling torque path FM is closed when the rotational speed exceeds a certain threshold.
  • the relevant component for the rotational speed is the free-wheeling output 14.
  • the freewheel output 14 is continuously coupled to the output, so that the state-critical speed is in a fixed ratio to the speed at the wheels 9 of the vehicle 1.
  • the speed at the wheels 9 and thus at the freewheel output 14 is initially low, so that the freewheel device 1 1 is in the freewheeling state.
  • the coupling device 10 is closed via an actuator, not shown, so that the clutch torque path KM is closed.
  • the gearbox section 2 is in the first operating state B1, so that the first gear is converted.
  • the coupling device 10 is opened by the actuator, not shown, at the same time closes the freewheel device 1 1, so that it is transferred to the coupling state ,
  • the freewheeling torque path FM is closed, so that the shift transmission section 2 is in the second operating state B2 and thus converts a second gear for higher speeds.
  • a change of the gear ratio is implemented.
  • the shift transmission section has a slip clutch device 13, wherein the slip clutch device 40 is arranged in the freewheel torque path.
  • the slip clutch device 40 serves to open and / or slippage below a limit value of an applied torque and close below the limit value.
  • the operation of the slip clutch device 40 will be explained below.
  • FIGS. 2a-d the transition from the first operating state B1 to the second operating state B2 is shown in a highly schematized manner with reference to different parameters. While the X-axis is the same for all graphs and can represent, for example, a time axis, the Y-axis has different shapes:
  • FIG. 2a the Y-axis shows the rotational speed at the section input 4.
  • the drive torque is shown at the section exit 5 or at the differential device 8.
  • the contact force in the coupling device 10 is denoted by 10 'and the clamping force in the freewheel device 1 1 designated 1 1' shown.
  • FIG. 2d shows the transmitted torque of the coupling device 10, designated 10 "of the freewheel device 11 designated by 11" and a torque limitation by a slip coupling device designated 40 '.
  • a region of the X-axis is assigned to the first operating state B1, a transition state U having a first phase I and a second phase II and the second operating state B2.
  • FIG. 2a shows the speed curve at the freewheel output 14 or section output 5 or at the output of the further gear stage 6.
  • the torque in the first operating state B1 slowly weakens.
  • the torque in the transition state U the torque is reduced to a minimum in the first phase I and then becomes higher again in the second phase II, until it reaches an initial level in the second operating state B2.
  • the torque is greater than 0, so that the transition is performed traction interruption-free.
  • the contact force of the coupling device 10 as a line 10 'and the freewheel device 1 1 as a line 1 1' is shown. It can be seen that at the boundary between the first operating state B1 and the transition state U, the contact pressure 1 1 'is reduced. Here, the coupling device 1 1 is slowly opened by the actuators. As a result, the torque which can be transmitted to the axle is reduced slowly and / or steadily according to FIG. 2c. The freewheel device 1 1, however, is still fully open in the first phase I. On the border between the first phase I and the second phase II, the freewheel device 1 1 is transferred from the freewheeling state into the coupling state.
  • the clutch device 10 is opened further, so that the contact force 10 'continues to decrease and reduces to zero in the middle of the second phase II.
  • the torque path changes from the clutch torque path KM to the coasting torque path FM.
  • FIG. 2d shows the transmitted torques.
  • the curve 10 "shows the torque transmitted by the clutch device 10. This reduces slowly in the first operating state B1, a further reduction takes place in the first phase I.
  • the clutch device 10 acts as a kind of brake due to the parallel-acting torque paths, so that the torque transmitted by the clutch device 10 is below zero, whereas the torque transmitted by the freewheel device 11 increases at the boundary between the first phase I and the second phase II stepwise or digitally to a maximum value M, which is limited by the slip clutch device 40.
  • the slip clutch device 40 is effective until the faster rotating freewheel input 13 has been adjusted in terms of speed to the slower rotating freewheel output 14. Dann is the transition to the second operating state B2.
  • the actuation of the coupling device 10 and a locking device 26 (compare Figures 4a, b) of the freewheel device 1 1 can be done by a common actuator, so that only a single actuator is needed for the switching operation shown in Figure 2d.
  • the freewheel device 1 1 would be ready in principle before the release of the locking device 26 in terms of the speed to change from the freewheeling state in the coupling state, but this is delayed by the locking device 26. Only with actuation of the locking device 26 by the common actuator or possibly another actuator, the freewheel device 1 1 is released and can change from the freewheeling state in the coupling state.
  • the switching operation is as follows:
  • the switching process is initiated by the coupling device 10 is opened continuously.
  • the transmittable torque decreases, according to the course of the Contact pressure in the coupling device 10 according to the curve 10 '.
  • the second phase II begins as soon as the freewheel device 1 1 engages.
  • the torque transfer in the freewheel device 1 1 takes place digitally, with the result that the rotational speed of the electric motor 3 is adapted immediately to the ratio of the second gear.
  • it requires a slipping element designed as the slip clutch device 40 in the freewheel device 1 1 in the second gear, which filters out the load peaks and thus allows a comfortable switching operation.
  • FIG. 4a shows the freewheel device 11 in a schematic cross-section perpendicular to the main axis of rotation H.
  • the freewheel device 1 1 has a coaxial with the main axis of rotation H arranged output gear 15 which is rotatably connected to the freewheel output 14. Furthermore, the freewheel device 1 1 has an input gear 16, which is connected in a rotationally fixed manner to the freewheel input 13.
  • the input gear 16 is disposed coaxially and concentrically with the output gear 15.
  • the input gear 16 is formed as a ring gear and the output gear 15 as an internal gear, wherein the output gear 15 is disposed radially inwardly of the input gear 16.
  • the output gear 15 has an at least partially or completely circumferential output lateral surface 17, while the input gear 16 has a radially inwardly facing input lateral surface 18 which has a cylindrical jacket shape.
  • a diameter of the output lateral surface 17 is smaller than a diameter of the input lateral surface 18.
  • a plurality of clamping bodies 19 is arranged, wherein in the figures only one clamping body 19 is shown is.
  • the clamping body 19 are formed in axial plan view, as shown in the figure 4a, as non-rotationally symmetrical body.
  • the clamping body 19 has a pivoting portion 20, so that the clamping body 19 can pivot about a pivoting area 21, wherein the pivoting area 21 is axially aligned, but is arranged offset radially to the main axis of rotation H outwards.
  • the clamp body 19 or all clamp body 19 are rotatably connected to the output gear 15 in the direction of rotation about the main axis of rotation H. This is achieved in that the pivoting region 21 is rotatably coupled to the output gear 15.
  • the clamping body 19 is formed eccentrically in the cross section shown in Figure 4a, so that with respect to the pivot portion 20, a smaller first Part section 22 and a larger second portion 23 forms.
  • the eccentricity of the clamping body 19 or the positioning of the pivoting portion 20 is selected so that upon rotation of the output gear 15 about the main axis of rotation H in a transmission direction of rotation UD of the clamping body 19 is pivoted about the pivot region 21 due to the centrifugal force, so that a first abutment portion 24 at the output gear 15 and a second contact portion 25 to the input gear 16 applies.
  • a drive torque is introduced by the electric motor 3 via the input gear 16 in the translation direction UD, so that the clamping body 19 is further taken over the second contact portion 25 and thereby a clamping connection between the input gear 16 and the output gear 15 is formed.
  • the freewheel device 1 1 also forms an overrunning clutch, because if the output gear 15 rotates faster in the transmission direction of rotation UD than the input gear 16, the output gear 15 can overtake the input gear 16. For example, it is not possible to implement an engine brake via the freewheel device 11.
  • this has a locking device 26, which is designed as a sliding sleeve 27 which can be moved via a sliding seat 28 in the axial direction.
  • the sliding sleeve 27 has a pivot finger portion 29, which forms the pivoting region 21 and is aligned in the axial direction. With the pivot finger portion 29, the sliding sleeve 27 engages in a formed as a through hole 30 pivot portion 20 a.
  • the pivot finger portion 29 may also be arranged stationarily on the output gear 15.
  • the passage opening 30 is formed in a significant excess with respect to the free diameter compared to the pivot finger portion 29, so that the position of the pivot finger portion 29 in the through hole 30 can be set freely.
  • the free setting is shown in Figure 5, wherein the arranged between the output gear 15 and the input gear 16 annular gap portion 31 is shown in a development with two clamping bodies 19 in two different states.
  • the left clamp body 19 is in a first pivot position, wherein the freewheel device 1 1 is in the freewheeling state.
  • the pivot finger portion 29 may be arranged centrally in the passage opening 30, for example.
  • the pivot finger portion 29 can be off-centered, so that the clamping portion 19 can be adjusted freely.
  • FIG. 6a which shows a longitudinal section through the sliding sleeve 27, the sliding sleeve 27 has, in addition to the pivot finger section 29, a securing finger section 33 arranged parallel thereto and extending radially further outward.
  • the securing finger portion 33 cooperates with a guide surface 34 on the clamping body 19, which is oriented inclined so that upon axial advancement of the sliding sleeve 27 of the securing finger portion 33 can slide along the guide surface 34 while the clamping body 19 from the second pivot position into the first Swivel position transferred.
  • the locking device 26 can thus optionally transfer the clamping body 19 from the second pivot position to the first pivot position.
  • the locking device 26 can lock the clamp body 19 or all clamp body 19 in the first pivot position, so that an accidental transfer of the freewheel device 1 1 is excluded from the freewheeling state in the coupling state.
  • the clamping body 19 is shown in a schematic three-dimensional representation or in a sectional view along the surface XY, wherein the guide surface 34 is again clearly shown.
  • the guide surface 34 is formed inclined relative to a radial plane of the main axis of rotation H in the feed direction of the sliding sleeve 27, so that the securing finger portion 33 during axial feeds the inclination as height profiling ab lake while the clamping body 19 in the direction of the first pivot position about the pivot portion 20 and / or pivot finger portion 29th swings.

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Abstract

Freiläufe werden eingesetzt, um Wellen miteinander temporär zu koppeln und zu lösen. Während bei steuerbaren Kupplungen das temporäre Verbinden über eine Aktorik erfolgt, arbeiten Freiläufe meistens selbsttätig und insbesondere drehzahlabhängig. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Freilaufeinrichtung für einen Antriebsstrangabschnitt eines Fahrzeugs vorzuschlagen, welche weitere Einsatzmöglichkeiten eröffnet. Hierzu wird eine Freilaufeinrichtung (11) für einen Antriebsstrangabschnitt eines Fahrzeugs (1) mit einem Freilaufeingang (13) und mit einem Freilaufausgang (14) vorgeschlagen, wobei die Freilaufeinrichtung (11) einen Koppelzustand und einen Freilaufzustand einnehmen kann, wobei die Freilaufeinrichtung (11) in dem Koppelzustand ein Drehmoment von dem Freilaufeingang (13) zu dem Freilaufausgang (4) über einen Drehmomentenpfad übertragen kann und wobei in dem Freilaufzustand der Freilaufeinrichtung (11) der Drehmomentenpfad geöffnet ist, mit einem Eingangsrad (6), wobei das Eingangsrad (16) in Bezug auf eine Hauptdrehachse H drehfest mit dem Freilaufeingang (13) verbunden ist, mit einem Ausgangsrad (15), wobei das Ausgangsrad (5) drehfest mit dem Freilaufausgang (14) verbunden ist, und mit einer Mehrzahl von Klemmkörpern (19), wobei die Klemmkörper (19) zwischen dem Eingangsrad (16) und dem Ausgangsrad (15) angeordnet sind, wobei das Eingangsrad (16) und das Ausgangsrad (15) in dem Koppelzustand über die Klemmkörper (19) drehfest gekoppelt und in dem Freilaufzustand entkoppelt sind, wobei die Klemmkörper (19) drehfest mit dem Ausgangsrad verbunden sind.

Description

Freilaufeinrichtung für einen Antriebsstrangabschnitt eines Fahrzeugs sowie Antriebsstrangabschnitt für ein Fahrzeug oder Fahrzeug mit dem
Antriebsstrangabschnitt
Die Erfindung betrifft eine Freilaufeinrichtung für einen Antriebsstrangabschnitt eines Fahrzeugs mit einem Freilaufeingang, mit einem Freilaufausgang, wobei die Freilaufeinrichtung einen Koppelzustand und einen Freilaufzustand einnehmen kann, wobei die Freilaufeinrichtung in dem Koppelzustand ein Drehmoment von dem Freilaufeingang zu dem Freilaufausgang über einen Drehmomentenpfad übertragen kann und wobei in dem Freilaufzustand der Freilaufeinrichtung der Drehmomentenpfad geöffnet ist, mit einem Eingangsrad, wobei das Eingangsrad in Bezug auf eine Hauptdrehachse drehfest mit dem Freilaufeingang verbunden ist, mit einem Ausgangsrad, wobei das Ausgangsrad drehfest mit dem Freilaufausgang verbunden ist, und mit einer Mehrzahl von Klemmkörpern, wobei die Klemmkörper zwischen dem Eingangsrad und dem Ausgangsrad angeordnet sind, wobei das Eingangsrad und das Ausgangsrad in dem Koppelzustand über die Klemmkörper drehfest gekoppelt und in dem Freilaufzustand entkoppelt sind. Die Erfindung betrifft auch den Antriebsstrangabschnitt für das Fahrzeug oder das Fahrzeug mit dem Schaltgetriebeabschnitt, wobei der Antriebsstrangabschnitt die Freilaufeinrichtung aufweist.
Freiläufe werden eingesetzt, um Wellen miteinander temporär zu koppeln und zu lösen. Während bei steuerbaren Kupplungen das temporäre Verbinden über eine Aktorik erfolgt, arbeiten Freiläufe meistens selbsttätig und insbesondere drehzahlabhängig.
In der Druckschrift DE 10 201 1 080 454 A1 wird ein Fahrzeug mit einem Hybridantrieb offenbart. Das Fahrzeug umfasst einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor, wobei zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor eine Getriebestruktur angeordnet ist. Die Getriebestruktur umfasst eine Kupplungseinrichtung sowie einen Freilauf, die getriebetechnisch parallel zueinander angeordnet sind. Mit dieser Getriebestruktur sind unterschiedliche Antriebsmodi des Fahrzeugs möglich.
Die Druckschrift DE 41 19 095 A1 zeigt einen schaltbaren Klemmkörperfreilauf mit zwei zueinander konzentrischen Käfigringen und in Taschen derselben untergebrachten Klemmkörpern, wobei die Käfigringe zur Schaltung des Freilaufs relativ zueinander bewegbar sind. Durch eine Axialbewegung der Käfigringe relativ zueinander, sind die Klemmkörper zur Schaltung des Freilaufs verschwenkbar.
Die Druckschrift DE 10 201 1 107 488 A1 , die den nächstkommenden Stand der Technik bildet, zeigt einen Freilauf, insbesondere für Brennkraftmaschinen, mit einem mit der Kurbelwelle gekoppelten Innenring und einem mit der Anlasserwelle gekoppelten Zahnkranz. Bei laufendem Motor, wird der Außenring über den Zahnkranz mitgedreht. Der Freilauf dient zum Entkoppeln der Kurbelwelle und des Anlasserzahnkranzes und weist mehrere federbeaufschlagte Klemmkörper auf, die im gekoppelten Zustand am Außenring und am Innenring wirken und ein Drehmoment zwischen dem Außenring und dem Innenring übertragen und im entkoppelten Zustand von dem Außenring beabstandet sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Freilaufeinrichtung für einen Antriebsstrangabschnitt eines Fahrzeugs vorzuschlagen, welche weitere Einsatzmöglichkeiten eröffnet. Diese Aufgabe wird durch eine Freilaufeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Schaltgetriebeabschnitt mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Im Rahmen der Erfindung wird eine Freilaufeinrichtung vorgeschlagen, welche für einen Antriebsstrangabschnitt eines Fahrzeugs geeignet und/oder ausgebildet ist. Die Freilaufeinrichtung ist vorzugsweise als eine nur in eine Übertragungsdrehrichtung wirkende Kupplung ausgebildet. Bei dem Antriebsstrangabschnitt handelt es sich bevorzugt um einen Zwischenabschnitt zwischen einem Traktionsmotor des Fahrzeugs und den angetriebenen Rädern des Fahrzeugs, wobei in dem Antriebsstrangabschnitt ein Antriebsdrehmoment von dem Traktionsmotor zu den angetriebenen Rädern übertragen wird. Insbesondere weist der Antriebsstrangabschnitt einen Teilabschnitt eines Drehmomentenpfades auf. Das Fahrzeug ist besonders bevorzugt als ein Personenkraftwagen, Bus, Lastkraftwagen, etc. ausgebildet. Insbesondere handelt es sich bei dem Antriebsstrangabschnitt um einen Schaltgetriebeabschnitt.
Die Freilaufeinrichtung weist einen Freilaufeingang und einen Freilaufausgang auf. In dem Antriebsstrangabschnitt verläuft ein oder der Drehmomentenpfad von dem Freilaufeingang zu dem Freilaufausgang, wenn die Freilaufeinrichtung geschlossen ist.
Die Freilaufeinrichtung kann einen Koppelzustand und einen Freilaufzustand einnehmen. Gegebenenfalls kann die Freilaufeinrichtung auch weitere Zustände einnehmen. In dem Koppelzustand wird ein Drehmoment von dem Freilaufeingang zu dem Freilaufausgang über den Drehmomentenpfad übertragen. In dem Freilaufzustand der Freilaufeinrichtung ist der Drehmomentenpfad geöffnet, insbesondere sind der Freilaufeingang und der Freilaufausgang ungekoppelt zueinander.
Konstruktiv betrachtet weist die Freilaufeinrichtung ein Eingangsrad auf, wobei das Eingangsrad in Bezug auf eine Hauptdrehachse der Freilaufeinrichtung zumindest oder genau in eine Drehrichtung drehfest mit dem Freilaufeingang verbunden ist. Die Hauptdrehachse wird insbesondere durch eine Rotationsachse der Freilaufeinrichtung definiert. Ferner weist die Freilaufeinrichtung ein Ausgangsrad auf, wobei das Ausgangsrad drehfest mit dem Freilaufausgang verbunden ist. Zwischen dem Eingangsrad und dem Ausgangsrad ist eine Mehrzahl von Klemmkörpern angeordnet, wobei das Eingangsrad und das Ausgangsrad in dem Koppelzustand über die Klemmkörper drehfest in Bezug auf die Hauptdrehachse gekoppelt und in dem Freilaufzustand entkoppelt sind. Insbesondere bildet die Freilaufeinrichtung eine Klemmkörperkupplung.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Klemmkörper drehfest mit dem Ausgangsrad verbunden sind. Somit werden die Klemmkörper von dem Ausgangsrad bei einer Rotation um die Hauptdrehachse mitgeführt. Durch die Drehzahl des Ausgangsrads und damit durch die Drehzahl des Freilaufausgangs wird folglich die Freilaufeinrichtung hinsichtlich des Übergangs von dem Koppelzustand in den Freilaufzustand und/oder von dem Freilaufzustand in den Koppelzustand kontrolliert und insbesondere gesteuert.
Bei der Erfindung ist es bevorzugt, dass die Freilaufeinrichtung als eine Überholkupplung ausgebildet ist. Somit ist es auch in dem Koppelzustand der Freilaufeinrichtung möglich, dass der Freilaufausgang schneller drehen kann als der Freilaufeingang.
Besonders bevorzugt ist die Freilaufeinrichtung jedoch als eine in nur eine Drehrichtung wirkende oder koppelnde Freilaufeinrichtung ausgebildet. So erfolgt der Kopplungszustand in einer Kopplungsdrehrichtung, wohingegen in einer Gegendrehrichtung zu der Kopplungsdrehrichtung stets ein Freilaufzustand gegeben ist.
Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass durch die Kontrolle des Zustands der Freilaufeinrichtung über die Drehzahl des Ausgangsrads und damit des Freilaufausgangs neue Konzepte für den Antriebsstrangabschnitt umgesetzt werden können. Insbesondere bildet die erfindungsgemäße Freilaufeinrichtung eine neuartige Schlüsselkomponente für derartige Antriebsstrangabschnitte.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Freilaufeinrichtung als eine drehzahlabhängige Freilaufeinrichtung ausgebildet, wobei die Freilaufeinrichtung bei einer ersten Drehzahl in dem Freilaufzustand und bei einer zweiten Drehzahl in dem Kopplungszustand ist, wobei die zweite Drehzahl höher als die erste Drehzahl ist. Die Freilaufeinrichtung ist insbesondere so ausgebildet, dass erst mit Überschreiten oder nach dem Überschreiten eines Schwellwerts zwischen der ersten und der zweiten Drehzahl der Koppelzustand erreicht wird.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung der Erfindung ist das Ausgangsrad koaxial und konzentrisch innenliegend in dem Eingangsrad angeordnet, wobei das Ausgangsrad und das Eingangsrad gemeinsam einen Ringspaltbereich bilden. Die Klemmkörper sind in diesem Ringspaltbereich angeordnet. Insbesondere sind die Klemmkörper in dem Ringspaltbereich in radialer Richtung zu der Hauptdrehachse wirkend angeordnet.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung der Erfindung weisen die Klemmkörper jeweils einen Schwenkabschnitt für eine Schwenkung um einen axial und parallel versetzt zu der Hauptdrehachse ausgerichteten Schwenkbereich auf. Die Schwenkung erfolgt in einer Radialebene zu der Hauptdrehachse. Die Klemmkörper nehmen in dem Freilaufzustand eine erste Schwenkposition und in dem Koppelzustand eine zweite Schwenkposition ein. In dem Koppelzustand kontaktiert der Klemmkörper sowohl das Eingangsrad als auch das Ausgangsrad und verbindet diese klemmend.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Schwenkabschnitt als eine Aufnahmeöffnung in dem Klemmkörper und der Schwenkbereich als ein axial zu der Hauptdrehachse verlaufender Schwenkfingerabschnitt ausgebildet, welcher in der Aufnahmeöffnung angeordnet ist. Der Klemmkörper weist einen äußeren Anlageabschnitt zur Anlage an dem Ausgangsrad während der Schwenkbewegung auf. Somit wird der Klemmkörper um den Schwenkfingerabschnitt verschwenkt, wobei sich der äußere Anlageabschnitt in dieser zweiten Schwenkposition an dem Eingangsrad anlegt. Vorzugsweise weist der Klemmkörper einen inneren Anlageabschnitt auf, wobei sich der innere Anklageabschnitt in der zweiten Schwenkposition an dem Ausgangsrad anlegt. Es ist besonders bevorzugt, dass die Aufnahmeöffnung im Übermaß zu dem Schwenkfingerabschnitt ausgebildet ist. Insbesondere weist ein freier Innendurchmesser der Aufnahmeöffnung einen größeren Wert als der Außendurchmesser des Schwenkfingerabschnitts auf. Damit wird erreicht, dass sich eine Schwenkachse in dem Klemmkörper während der Schwenkbewegung frei einstellen kann.
Im Rahmen der Erfindung weist die Freilaufeinrichtung eine Arretiereinrichtung zur Arretierung des Freilaufzustands auf. Insbesondere ist die Arretiereinrichtung zur steuerbaren oder schaltbaren Arretierung des Freilaufzustands ausgebildet. Im Speziellen arretiert die Arretiereinrichtung die Klemmkörper in der ersten Schwenkposition. Die Arretiereinrichtung hat den Vorteil, dass der Übergang von dem Freilaufposition zwar weiterhin drehzahlabhängig ist, die Freilaufeinrichtung durch die Arretiereinrichtung aber in dem Freilaufzustand gesichert werden kann, so dass ein versehentlicher Übergang von dem Freilaufzustand in den Koppelzustand ausgeschlossen ist.
Erfindungsgemäß ist die Arretiereinrichtung als eine Schiebemuffe ausgebildet. Die Schiebemuffe weist einen Sicherungsfingerabschnitt auf, wobei die Schiebemuffe einen Arretierzustand und einen Freigabezustand einnehmen kann. In dem Arretierzustand arretiert der Sicherungsfingerabschnitt den Klemmkörper in der ersten Schwenkposition, sodass sich die Freilaufeinrichtung in dem Freilaufzustand befindet. In dem Freigabezustand des Sicherungsfingerabschnitts ist der Klemmkörper freigegeben, sodass die Freilaufeinrichtung - insbesondere drehzahlabhängig - in den Koppelzustand übergehen kann.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Schiebemuffe durch ein axiales Verschieben entlang der Hauptdrehachse von dem Arretierzustand in den Freigabezustand und/oder von dem Freigabezustand in den Arretierzustand überführbar ist.
Besonders bevorzugt weist der Klemmkörper einen Führungsabschnitt auf, der geneigt zu der axialen Vorschubrichtung des Sicherungsfingerabschnitts ist, sodass dieser bei einem axialen Zustellen an dem Führungsabschnitt abgleiten kann und den Klemmkörper aktiv in die erste Schwenkposition überführen kann.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft einen Antriebsstrangabschnitt für ein Fahrzeug oder Fahrzeug mit dem Antriebsstrangabschnitt, wobei die Freilaufeinrichtung in einem Drehmomentenpfad zwischen einem Traktionsmotor und den angetriebenen Rädern angeordnet ist.
Besonders bevorzugt ist der Antriebsstrangabschnitt als ein Schaltgetriebeabschnitt ausgebildet. Der Schaltgetriebeabschnitt ist für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet. Bei dem Fahrzeug handelt es sich bevorzugt um ein Straßenfahrzeug, insbesondere um einen Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bus, etc. Der Schaltgetriebeabschnitt hat die funktionale Aufgabe, mindestens zwei unterschiedliche Übersetzungen, insbesondere Übersetzungsverhältnisse in einem Antriebsstrang des Fahrzeugs bereitzustellen. Besonders bevorzugt ist der Schaltgetriebeabschnitt als ein Zwei-Gang-Schaltgetriebeabschnitt ausgebildet, welcher genau zwei unterschiedliche Übersetzungen zur Verfügung stellt. Vorzugsweise ist das Fahrzeug als ein Elektrofahrzeug oder als ein Hybridfahrzeug ausgebildet, sodass das Fahrzeug besonders bevorzugt mindestens einen Elektromotor als einen Traktionsmotor aufweist. Insbesondere dient der Schaltgetriebeabschnitt zur Durchleitung eines Antriebsdrehmoments für das Fahrzeug, um das Fahrzeug im Betrieb auf eine Geschwindigkeit größer als 50 km/h beschleunigen zu können.
Der Schaltgetriebeabschnitt weist einen Abschnittseingang und einen Abschnittsausgang auf. Bei dem Abschnittseingang und bei dem Abschnittsausgang kann es sich um mechanische Schnittstellen oder um Abschnitte handeln. Insbesondere ist der Abschnittseingang und/oder der Abschnittsausgang jeweils als eine Welle oder als ein Wellenabschnitt ausgebildet.
Der Schaltgetriebeabschnitt weist die Freilaufeinrichtung auf, wobei die Freilaufeinrichtung in einem Freilaufmomentenpfad zwischen dem Abschnittseingang und dem Abschnittsausgang angeordnet ist. Die Freilaufeinrichtung kann mindestens den Freilaufzustand und den Koppelzustand einnehmen, wobei in dem Koppelzustand der Freilaufmomentenpfad über die Freilaufeinrichtung geschlossen ist und in dem Freilaufzustand der Freilaufmomentenpfad durch die Freilaufeinrichtung geöffnet ist.
Ferner weist der Schaltgetriebeabschnitt eine Kupplungseinrichtung auf, wobei die Kupplungseinrichtung in einem Kupplungsmomentenpfad zwischen dem Abschnittseingang und dem Abschnittsausgang angeordnet ist. Die Kupplungseinrichtung kann in einer allgemeinen Ausprägung der Erfindung beliebig gestaltet sein. Besonders bevorzugt ist die Kupplungseinrichtung jedoch als eine reibschlüssige Kupplungseinrichtung realisiert.
Es ist vorgesehen, dass der Kupplungsmomentenpfad einen Bypass-Pfad zu dem Freilaufmomentenpfad bildet. Somit ist es möglich, dass der Schaltgetriebeabschnitt in einem ersten Betriebszustand ein Drehmoment von dem Abschnittseingang über die Kupplungseinrichtung zu dem Abschnittsausgang leitet, wobei der Freilaufmomentenpfad in der Freilaufeinrichtung geöffnet ist und in einem zweiten Betriebszustand das Drehmoment von dem Abschnittseingang über die Freilaufeinrichtung zu dem Abschnittsausgang leitet, wobei der Kupplungsmomentenpfad in der Kupplungseinrichtung geöffnet ist.
Die Freilaufeinrichtung ist als drehzahlabhängige Freilaufeinrichtung ausgebildet, wobei die Freilaufeinrichtung bei einer ersten Drehzahl in Bezug auf eine Hauptdrehachse der Freilaufeinrichtung in einem Freilaufzustand und bei einer zweiten Drehzahl in einem Koppelzustand ist, wobei die zweite Drehzahl höher als die erste Drehzahl ist. Die Hauptdrehachse ist die Rotationsachse der Freilaufeinrichtung.
Anders ausgedrückt wird die Freilaufeinrichtung in den Kopplungszustand überführt, wenn die Drehzahl über einem Schwellwert zwischen der ersten und der zweiten Drehzahl liegt. Durch die Freilaufeinrichtung wird somit erreicht, dass ab dem Schwellwert und/oder bei mindestens der zweiten Drehzahl der Freilaufmomentenpfad vorzugsweise selbsttätig geschlossen und/oder aktiviert ist wird. Damit ist der Schaltgetriebeabschnitt ein halbautomatisches, drehzahlgesteuertes Schaltgetriebe. Durch die Verwendung einer drehzahlabhängigen Freilaufeinrichtung mit der dargestellten Charakteristik ist es zudem möglich, auf eine separate Aktorik zum Öffnen und Schließen des Freilaufmomentenpfads zu verzichten. Auf diese Weise wird die Anzahl der benötigten Komponenten in dem Schaltgetriebeabschnitt niedrig gehalten. Daraus resultierend ist das Gewicht des Schaltgetriebeabschnitts niedrig und/oder die Herstellungskosten gering. Es ist von besonderen Vorteil, dass der Wechsel von dem Kupplungsmomentenpfad zu dem Freilaufmomentenpfad ohne Zugkraftunterbrechung durchgeführt werden kann.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung kann der Schaltgetriebeabschnitt den ersten Betriebszustand einnehmen, wobei die Kupplungseinrichtung in einem Schließzustand und die Freilaufeinrichtung in einem Freilaufzustand ist. Ferner kann der Schaltgetriebeabschnitt den zweiten Betriebszustand einnehmen, wobei die Kupplungseinrichtung in einem Öffnungszustand und die Freilaufeinrichtung in einem Koppelzustand ist.
Besonders bevorzugt sind die Übersetzungen, insbesondere Übersetzungsverhältnisse, des Freilaufmomentenpfads und des Kupplungsmomentenpfads unterschiedlich ausgebildet, sodass durch den Wechsel von den Betriebszuständen zugleich ein Wechsel der Übersetzungen, insbesondere Übersetzungsverhältnisse erfolgt. Besonders bevorzugt entspricht der erste Betriebszustand einer ersten Gangstufe und der zweite Betriebszustand einer zweiten Gangstufe. Der erste Betriebszustand und/oder die erste Gangstufe dient für niedrige Geschwindigkeiten des Fahrzeugs, der zweite Betriebszustand und/oder die zweite Gangstufe dient für höhere Geschwindigkeiten des Fahrzeugs.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen: ein schematisches Diagramm eines Schaltgetriebeabschnitts in einem Fahrzeug als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Diagramme zur Illustration des Verfahrens zum Schalten des Schaltgetriebeabschnitts; ein weiteres Diagramm zur Illustration des Verfahrens; einen Querschnitt sowie einen Längsschnitt durch eine Freilaufeinrichtung des Schaltgetriebeabschnitts; den Querschnitt in der Figur 4a in einer Abwicklung; eine Schiebemuffe sowie einen Klemmkörper der Freilaufeinrichtung.
Die Figur 1 zeigt in einem stark schematisierten Diagramm ein Fahrzeug 1 mit einem Schaltgetriebeabschnitt 2 als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Fahrzeug 1 ist beispielsweise ein Personenkraftwagen und ist nur stark schematisiert als ein Block dargestellt. Das Fahrzeug 1 weist einen Elektromotor 3 auf, welcher als ein Traktionsmotor ausgebildet ist und zum Antrieb des Fahrzeugs 1 dient. Insbesondere ist der Elektromotor 3 leistungsmäßig so ausgelegt, dass das Fahrzeug 1 durch das Antriebsdrehmoment des Elektromotors 3 auf Geschwindigkeiten von größer als 50 km/h beschleunigt werden kann. Optional ergänzend kann das Fahrzeug 1 einen Verbrennungsmotor aufweisen, sodass dieses als ein Hybridfahrzeug ausgelegt ist. In der Figur 1 ist als Ausführungsbeispiel ein Elektrofahrzeug ohne Verbrennungsmotor gezeigt.
Der Schaltgetriebeabschnitt 2 weist einen Abschnittseingang 4 und einen Abschnittsausgang 5 auf. Der Abschnittseingang 4 ist drehfest mit einem Rotor des Elektromotors 3 verbunden. Optional ergänzend können zwischen dem Abschnittseingang 4 und dem Elektromotor 3 noch weitere Getriebekomponenten angeordnet sein.
Der Abschnittsausgang 5 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer weiteren Getriebestufe 6 wirkverbunden, wobei die weitere Getriebestufe 6 eine Übersetzung, in diesem Ausführungsbeispiel eine Untersetzung, darstellt. Die weitere Getriebestufe 6 ist als eine Planetengetriebestufe ausgebildet, wobei der Abschnittsausgang 5 mit einem Sonnenrad 6.1 drehfest verbunden ist. Das Sonnenrad 6.1 kämmt mit mehreren Planetenrädern 6.2, welche auf einem Planetenträger 6.3 drehbar gelagert sind. Die Planetenräder 6.2 kämmen wiederum mit einem Hohlrad 6.4, welches stationär gegenüber einer Umgebungskonstruktion 7, insbesondere einem Gehäuse, angeordnet ist. Das Sonnenrad 6.1 bildet somit einen Eingang in die weitere Getriebestufe 6 und der Planetenträger 6.3 einen Ausgang aus der weiteren Getriebestufe 6.
Der Planetenträger 6.3 und/oder der Ausgang der weiteren Getriebestufe 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einer Differentialeinrichtung 8 wirkverbunden, welche ein anliegendes Antriebsdrehmoment auf zwei Räder 9 des Fahrzeugs 1 verteilt, wobei zeichnerisch nur ein Rad 9 dargestellt ist. Statt einer Differentialeinrichtung 8, ausgebildet als Querdifferentialeinrichtung, kann auch eine Längsdifferentialeinrichtung Einsatz finden.
Der Schaltgetriebeabschnitt 2 ist als eine Zwei-Gang-Lastschaltstufe für den Fahrzeugantrieb des Fahrzeugs 1 ausgebildet. Der Schaltgetriebeabschnitt 2 stellt über einen ersten und einen zweiten Betriebszustand B1 , B2 zwei unterschiedliche Gangstufen zur Verfügung, wie nachfolgend noch erläutert wird.
Insbesondere können durch den Schaltgetriebeabschnitt 2 zwei unterschiedliche Momentenpfade von dem Abschnittseingang 4 zu dem Abschnittsausgang 5 realisiert werden, wobei über die Momentenpfade das Antriebsdrehmoment des Elektromotors 3 ggf. übersetzt von dem Abschnittseingang 4 zu dem Abschnittsausgang 5 geleitet wird. Ein erster Momentenpfad, ausgebildet als ein Kupplungsmomentenpfad KM, läuft ausgehend von dem Abschnittseingang 4 über eine Kupplungseinrichtung 10 zu dem Abschnittsausgang 5. Dagegen läuft ein Freilaufmomentenpfad FM von dem Abschnittseingang 4 über eine Freilaufeinrichtung 1 1 zu dem Abschnittsausgang 5. Betrachtet man die Momentenpfade KM, FM, so sind die Kupplungseinrichtung 10 und die Freilaufeinrichtung 1 1 parallel zueinander oder in parallelen Pfadabschnitten angeordnet. Insbesondere bildet der Kupplungsmomentenpfad KM einen Bypass-Pfad zu dem Freilaufmomentenpfad FM. In anderer Darstellung könnte auch gesagt werden, dass der Freilaufmomentenpfad FM einen Bypass-Pfad zu dem Kupplungsmomentenpfad KM bildet.
In dem Kupplungsmomentenpfad KM ist ferner eine Getriebestufe 12 vorgesehen. Die Getriebestufe 12 kann prinzipiell beliebig ausgebildet sein. In dem Ausführungsbeispiel ist die Getriebestufe 12 - so wie die weitere Getriebestufe 6 - als eine Planetenradgetriebestufe, insbesondere als eine
Stirnradplanetenradgetriebestufe, ausgebildet. Der Abschnittseingang 4 ist drehfest mit einem Sonnenrad 12.1 gekoppelt. Insbesondere ist das Sonnenrad 12.1 koaxial zu dem Abschnittseingang 4 angeordnet. Das Sonnenrad 12.1 kämmt mit einer Mehrzahl von Planetenrädern 12.2, deren Drehachsen parallel versetzt auf einem gemeinsamen Teilkreisdurchmesser um die Hauptdrehachse H, die durch den Abschnittseingang 4 und/oder die Rotationsachse der Freilaufeinrichtung 1 1 definiert wird, drehbar angeordnet sind. Die Planetenräder 12.2 sitzen auf einem Planetenträger 12.3. Die Planetenräder 12.2 kämmen zum einen mit dem Sonnenrad 12.1 und zum anderen mit einem Hohlrad 12.4, welches an der Umgebungskonstruktion 7, insbesondere an dem Gehäuse, stationär angeordnet ist. Somit bildet das Sonnenrad 12.1 einen Eingang in die Getriebestufe 12 und der Planetenträger 12.3 einen Ausgang aus der Getriebestufe 12. Der Planetenträger 12.3 ist als Ausgang mit einer Eingangsseite der Kupplungseinrichtung 10 verbunden. Eine Ausgangsseite der Kupplungseinrichtung 10 ist dagegen mit dem Abschnittsausgang 5 drehfest verbunden.
Für den Fall, dass die Kupplungseinrichtung 10 geschlossen ist und damit sich in einem Schließzustand befindet, läuft der Kupplungsmomentenpfad KM von dem Abschnittseingang 4 über das Sonnenrad 12.1 , die Planetenräder 12.2, den Planetenträger 12.3 über die Kupplungseinrichtung 10 zu dem Abschnittsausgang 5.
Insbesondere dient die Getriebestufe 12 dazu, eine Übersetzung, in diesem Fall eine Untersetzung, umzusetzen, sodass ausgehend von einer hohen Drehzahl am Abschnittseingang 4 eine niedrigere Drehzahl am Abschnittsausgang 5 ausgegeben wird. Damit setzt der Kupplungsmomentenpfad KM eine erste Gangstufe in dem Fahrzeug 1 um.
Die Freilaufeinrichtung 1 1 ist dagegen über einen Freilaufeingang 13 mit dem Abschnittseingang 4 drehfest verbunden und mit einem Freilaufausgang 14 drehfest mit dem Abschnittsausgang 5 verbunden. Die Freilaufeinrichtung 1 1 kann einen Freilaufzustand einnehmen, wobei der Freilaufmomentenpfad FM dann in der Freilaufeinrichtung 1 1 getrennt ist, sowie einen Koppelzustand einnehmen, wobei der Freilaufmomentenpfad FM durch die Freilaufeinrichtung 1 1 geschlossen ist und zudem zwischen dem Abschnittseingang 4 und dem Abschnittsausgang 5 geschlossen ist. Der Freilaufmomentenpfad FM bildet eine 1 :1 Übersetzung, sodass eine Eingangsdrehzahl am Abschnittseingang 4 der Ausgangsdrehzahl am Abschnittsausgang 5 entspricht. Damit setzt der Freilaufmomentenpfad eine zweite Gangstufe in dem als Zwei-Gang-Lastschaltstufe ausgebildeten Schaltgetriebeabschnitt 2 des Fahrzeugs 1 um.
Die Freilaufeinrichtung 1 1 ist als eine drehzahlabhängige Freilaufeinrichtung ausgebildet, welche ab einem Schwellwert für die Drehzahl von dem Freilaufzustand in den Koppelzustand wechselt. Die Freilaufeinrichtung 1 1 wechselt bei dem Überschreiten des Schwellwerts, also bei einem Übergang von einer ersten Drehzahl zu einer zweiten Drehzahl, wobei die zweite Drehzahl höher als die erste Drehzahl ist, von dem Freilaufzustand in den Koppelzustand. Mit anderen Worten wird der Koppelzustand von der Freilaufeinrichtung 1 1 eingenommen, wenn die Drehzahl der Freilaufeinrichtung 1 1 den Schwellwert überschritten hat. Somit wird der Freilaufmomentenpfad FM geschlossen, wenn die Drehzahl einen bestimmten Schwellwert überschreitet. Bei dem Ausführungsbeispiel in der Figur 1 ist vorgesehen, dass die relevante Komponente für die Drehzahl der Freilaufausgang 14 ist. Der Freilaufausgang 14 ist durchgängig mit dem Abtrieb gekoppelt, sodass die zustandsentscheidende Drehzahl in einem festen Verhältnis zu der Drehzahl an den Rädern 9 des Fahrzeugs 1 steht.
Kurz zusammengefasst ist die Funktionsweise des Schaltgetriebeabschnitts 2 wie folgt:
Bei einem Anfahren des Fahrzeugs 1 ist die Drehzahl an den Rädern 9 und damit an dem Freilaufausgang 14 zunächst niedrig, sodass sich die Freilaufeinrichtung 1 1 in dem Freilaufzustand befindet. Dagegen ist über eine nicht dargestellte Aktorik die Kupplungseinrichtung 10 geschlossen, sodass der Kupplungsmomentenpfad KM geschlossen ist. Der Schaltgetriebeabschnitt 2 befindet sich in dem ersten Betriebszustand B1 , sodass die erste Gangstufe umgesetzt wird.
Bei einer Erhöhung der Geschwindigkeit erhöht sich zugleich die Drehzahl an dem Abschnittsausgang 5 und damit an dem Freilaufausgang 14. Ab einem Schwellwert wird die Kupplungseinrichtung 10 durch die nicht gezeigte Aktorik geöffnet, zugleich schließt sich die Freilaufeinrichtung 1 1 , sodass diese in den Koppelzustand überführt wird. Damit ist der Freilaufmomentenpfad FM geschlossen, sodass sich der Schaltgetriebeabschnitt 2 in dem zweiten Betriebszustand B2 befindet und damit eine zweite Gangstufe für höhere Geschwindigkeiten umsetzt. Verbunden mit dem Wechsel von dem Kupplungsmomentenpfad KM zu dem Freilaufmomentenpfad FM ist ein Wechsel der Übersetzung umgesetzt.
Optional ergänzend weist der Schaltgetriebeabschnitt eine Rutschkupplungseinrichtung 13 auf, wobei die Rutschkupplungseinrichtung 40 in dem Freilaufmomentenpfad angeordnet ist. Die Rutschkupplungseinrichtung 40 dient dazu, ab einem Grenzwert eines anliegenden Drehmoments zu öffnen und/oder durchzurutschen und unterhalb von dem Grenzwert zu schließen. Die Funktionsweise der Rutschkupplungseinrichtung 40 wird nachfolgend erläutert. ln den Figuren 2a - d ist der Übergang von dem ersten Betriebszustand B1 in den zweiten Betriebszustand B2 mit Bezug auf unterschiedliche Kenngrößen stark schematisiert dargestellt. Während die X-Achse bei allen Graphen gleich verläuft und beispielsweise eine Zeitachse darstellen kann, ist die Y-Achse unterschiedlich ausgebildet:
In der Figur 2a zeigt die Y-Achse die Drehzahl am Abschnittseingang 4. In der Figur 2b ist das Antriebsdrehmoment am Abschnittsausgang 5 oder an der Differentialeinrichtung 8 dargestellt. In der Figur 2c ist die Anpresskraft in der Kupplungseinrichtung 10 bezeichnet mit 10' sowie die Klemmkraft in der Freilaufeinrichtung 1 1 bezeichnet mit 1 1 ' dargestellt.
In der Figur 2d ist das übertragene Drehmoment der Kupplungseinrichtung 10 bezeichnet mit 10" der Freilaufeinrichtung 1 1 bezeichnet mit 1 1 " und einer Drehmomentbegrenzung durch eine Rutschkupplungseinrichtung bezeichnet mit 40' dargestellt.
In den Figuren ist jeweils ein Bereich der X-Achse dem ersten Betriebszustand B1 , einem Übergangszustand U mit einer ersten Phase I und einer zweiten Phase II und dem zweiten Betriebszustand B2 zugeordnet.
In der Figur 2a ist zu erkennen, dass sich die Drehzahl am Elektromotor 3 in dem Betriebszustand B1 langsam erhöht. Dadurch wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 langsam erhöht. In dem Übergangszustand U1 erhöht sich die Drehzahl am Elektromotor 3 in der ersten Phase I weiter, während sie dann in der zweiten Phase II niedriger wird und im zweiten Betriebszustand B2 dann niedriger als die Drehzahl im ersten Betriebszustand B1 ist. In dem ersten Betriebszustand B1 ist die erste Gangstufe über den Kupplungsmomentenpfad KM eingelegt, in der zweiten Betriebsstufe B2 ist dann die zweite Gangstufe über den Freilaufmomentenpfad FM eingelegt. In der Figur 2b ist der Drehmomentverlauf am Freilaufausgang 14 oder Abschnittsausgang 5 beziehungsweise an dem Ausgang der weiteren Getriebestufe 6 dargestellt. Hier ist zu erkennen, dass aufgrund der Motorcharakteristik das Drehmoment im ersten Betriebszustand B1 langsam schwächer wird. Im Übergangszustand U reduziert sich in der ersten Phase I das Drehmoment bis zu einem Minimum und wird dann in der zweiten Phase II wieder höher, bis es in dem zweiten Betriebszustand B2 eine Ausgangshöhe erreicht. In jedem Betriebszustand ist das Drehmoment größer 0, so dass der Übergang zugkraftunterbrechungsfrei durchgeführt wird.
Ob die Ausgangshöhe des Drehmoments in dem Betriebszustand B2 niedriger, höher oder gleich zu dem Drehmoment im ersten Betriebszustand B1 ist, hängt von der Auslegung der Übersetzung sowie der Motorcharakteristik des Elektromotors 3 ab und kann über diese abgestimmt werden.
In der Figur 2c ist die Anpresskraft der Kupplungseinrichtung 10 als Linie 10' und der Freilaufeinrichtung 1 1 als Linie 1 1 ' dargestellt. Es ist zu erkennen, dass an der Grenze zwischen dem ersten Betriebszustand B1 und dem Übergangszustand U die Anpresskraft 1 1 'reduziert wird. Hier wird durch die Aktorik die Kupplungseinrichtung 1 1 langsam geöffnet. Dadurch wird das an die Achse übertragbare Drehmoment gemäß der Figur 2c langsam und/oder stetig reduziert. Die Freilaufeinrichtung 1 1 ist dagegen in der ersten Phase I noch vollständig geöffnet. Auf der Grenze zwischen der ersten Phase I und der zweiten Phase II wird die Freilaufeinrichtung 1 1 von dem Freilaufzustand in den Koppelzustand überführt. Dadurch steigt die Anpresskraft an der Freilaufeinrichtung 1 1 gemäß der Kurve 1 1 ' sprunghaft an. Dieses Verhalten kann auch als digital bezeichnet werden. Dagegen wird zu Beginn der zweiten Phase II die Kupplungseinrichtung 10 weiter geöffnet, sodass die Anpresskraft 10' weiter zurückgeht und sich in der Mitte der zweiten Phase II auf null reduziert. Der Drehmomentpfad wechselt von dem Kupplungsmomentenpfad KM zu dem Freilaufmomentenpfad FM. Die Figur 2d zeigt schließlich die übertragenen Drehmomente. Die Kurve 10" zeigt das von der Kupplungseinrichtung 10 übertragene Drehmoment. Dieses reduziert sich in dem ersten Betriebszustand B1 langsam, in der ersten Phase I erfolgt eine weitere Reduktion. An der Grenze zwischen der ersten Phase I und der zweiten Phase II wird die Freilaufeinrichtung 1 1 sprunghaft geschlossen. In diesem Zustand wirkt die Kupplungseinrichtung 10 aufgrund der parallel wirkenden Momentenpfade als eine Art Bremse, sodass das von der Kupplungseinrichtung 10 übertragene Drehmoment unter null geht. Dagegen steigt das von der Freilaufeinrichtung 1 1 übertragene Drehmoment an der Grenze zwischen der ersten Phase I und der zweiten Phase II stufenartig oder digital auf einen Maximalwert M, welcher durch die Rutschkupplungseinrichtung 40 begrenzt wird. Die Rutschkupplungseinrichtung 40 ist so lange wirksam, bis der schneller drehende Freilaufeingang 13 sich hinsichtlich der Drehzahl auf den langsamer drehenden Freilaufausgang 14 eingestellt hat. Dann ist der Übergang zum zweiten Betriebszustand B2 erfolgt.
Die Betätigung der Kupplungseinrichtung 10 und einer Arretiereinrichtung 26 (vgl. Figur 4a, b) der Freilaufeinrichtung 1 1 kann durch eine gemeinsame Aktorik erfolgen, sodass für den in der Figur 2d gezeigten Umschaltvorgang nur eine einzige Aktorik benötigt wird.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Freilaufeinrichtung 1 1 bereits vor dem Lösen der Arretiereinrichtung 26 prinzipiell hinsichtlich der Drehzahl bereit wäre, von dem Freilaufzustand in den Koppelzustand zu wechseln, dies jedoch durch die Arretiereinrichtung 26 verzögert wird. Erst mit Betätigung der Arretiereinrichtung 26 durch die gemeinsame Aktorik oder gegebenenfalls eine weitere Aktorik wird die Freilaufeinrichtung 1 1 freigegeben und kann von dem Freilaufzustand in den Koppelzustand wechseln.
Anders ausgedrückt erfolgt der Schaltvorgang wie folgt:
Der Schaltvorgang wird eingeleitet, indem die Kupplungseinrichtung 10 kontinuierlich geöffnet wird. Das übertragbare Drehmoment sinkt, entsprechend dem Verlauf der Anpresskraft in der Kupplungseinrichtung 10 gemäß der Kurve 10'. Die zweite Phase II beginnt, sobald die Freilaufeinrichtung 1 1 greift. Die Momentenübernahme in der Freilaufeinrichtung 1 1 erfolgt digital, was zur Folge hat, dass die Drehzahl des Elektromotors 3 unverzüglich an die Übersetzung der zweiten Gangstufe angepasst wird. Damit es trotz dieses Sprunges in der Momentenbilanz nicht zu Komfortbeeinträchtigungen kommt, bedarf es eines Durchrutschelements ausgebildet als die Rutschkupplungseinrichtung 40 in der Freilaufeinrichtung 1 1 in der zweiten Gangstufe, welche die Lastspitzen herausfiltert und somit einen komfortablen Schaltvorgang ermöglicht. Dieser Filterung der Lastspitzen sind allerdings Grenzen gesetzt, da die Freilaufeinrichtung 1 1 im Fahrbetrieb das Motormoment mit einer entsprechenden Sicherheit übertragen können muss. Somit muss zusätzlich das Drehmoment des Elektromotors 3 angepasst werden, um das dynamische Moment, während der Drehzahlanpassung des Elektromotors 3, komplett ausgleichen zu können. Am Ende der zweiten Phase II ist die Drehzahl des Elektromotors 3 an die Übersetzung in der zweiten Gangstufe angepasst. Somit entfällt das dynamische Moment und das Moment des Elektromotors 3 kann wieder angepasst werden.
Betrachtet man die Betriebspunkte BP1 und BP2 des Elektromotors 3 in der Figur 3 vor und nach der Schaltung, so fällt auf, dass im Fall der in den Figuren 2a - d beschriebenen Schaltung die Motordrehzahl an den Rand des Grunddrehzahlbereichs sinkt. Somit kann die elektrische Maschine nach der Schaltung nur eine geringere Leistung P2 abrufen als die Leistung P1 vor dem Schaltvorgang. Aus diesem Grund ist das Achsmoment nach der Schaltung auf einem geringeren Niveau als vor der Schaltung. Optional könnte der Schaltzeitpunkt auch nach hinten verschoben werden, um so zu erreichen, dass sowohl Punkt BP1 als auch Punkt BP2 auf der Leistungshyperbel von P1 liegen. Folglich würde das Achsmoment vor und nach der Schaltung auf selbigem Niveau liegen.
Die Figur 4a zeigt die Freilaufeinrichtung 1 1 in einem schematischen Querschnitt senkrecht zur Hauptdrehachse H. Die Freilaufeinrichtung 1 1 weist ein koaxial zu der Hauptdrehachse H angeordnetes Ausgangsrad 15 auf, welches drehfest mit dem Freilaufausgang 14 verbunden ist. Ferner weist die Freilaufeinrichtung 1 1 ein Eingangsrad 16 auf, welches drehfest mit dem Freilaufeingang 13 verbunden ist. Das Eingangsrad 16 ist koaxial und konzentrisch zu dem Ausgangsrad 15 angeordnet.
Wie sich insbesondere aus der Figur 4b ergibt, welche einen Längsschnitt durch die Freilaufeinrichtung 1 1 zeigt, ist das Eingangsrad 16 als ein Hohlrad und das Ausgangsrad 15 als ein Innenrad ausgebildet, wobei das Ausgangsrad 15 radial innenliegend zu dem Eingangsrad 16 angeordnet ist. Das Ausgangsrad 15 weist eine zumindest abschnittsweise oder vollständig umlaufende Ausgangsmantelfläche 17 auf, das Eingangsrad 16 weist dagegen eine radial nach innen weisende Eingangsmantelfläche 18 auf, welche eine Zylindermantelform hat. Ein Durchmesser der Ausgangsmantelfläche 17 ist kleiner als ein Durchmesser der Eingangsmantelfläche 18. Zwischen dem Ausgangsrad 15 und dem Eingangsrad 16 und insbesondere zwischen der Ausgangsmantelfläche 17 und der Eingangsmantelfläche 18 ist eine Mehrzahl von Klemmkörpern 19 angeordnet, wobei in den Figuren jeweils nur ein Klemmkörper 19 dargestellt ist.
Die Klemmkörper 19 sind in axialer Draufsicht, wie in der Figur 4a gezeigt, als nicht rotationssymmetrische Körper ausgebildet. Der Klemmkörper 19 weist einen Schwenkabschnitt 20 auf, sodass der Klemmkörper 19 um einen Schwenkbereich 21 schwenken kann, wobei der Schwenkbereich 21 axial ausgerichtet ist, jedoch zur Hauptdrehachse H radial nach außen versetzt angeordnet ist.
Der Klemmkörper 19 beziehungsweise alle Klemmkörper 19 sind mit dem Ausgangsrad 15 in Umlaufrichtung um die Hauptdrehachse H drehfest verbunden. Dies wird dadurch erreicht, dass der Schwenkbereich 21 mit dem Ausgangsrad 15 drehfest gekoppelt ist.
Der Klemmkörper 19 ist in dem gezeigten Querschnitt in der Figur 4a exzentrisch ausgebildet, sodass sich in Bezug auf den Schwenkabschnitt 20 ein kleinerer erster Teilabschnitt 22 und ein größerer zweiter Teilabschnitt 23 bildet. Die Exzentrizität des Klemmkörpers 19 beziehungsweise die Positionierung des Schwenkabschnitts 20 ist so gewählt, dass bei einer Rotation des Ausgangsrads 15 um die Hauptdrehachse H in einer Übertragungsdrehrichtung UD der Klemmkörper 19 um den Schwenkbereich 21 aufgrund der Zentrifugalkraft geschwenkt wird, sodass sich ein erster Anlageabschnitt 24 an dem Ausgangsrad 15 und ein zweiter Anlageabschnitt 25 an dem Eingangsrad 16 anlegt.
Im Betrieb wird ein Antriebsdrehmoment von dem Elektromotor 3 über das Eingangsrad 16 in der Übersetzungsdrehrichtung UD eingeleitet, sodass der Klemmkörper 19 über den zweiten Anlageabschnitt 25 weiter mitgenommen wird und dadurch eine Klemmverbindung zwischen dem Eingangsrad 16 und dem Ausgangsrad 15 gebildet ist.
Allerdings bildet die Freilaufeinrichtung 1 1 zugleich eine Überholkupplung aus, denn wenn das Ausgangsrad 15 in der Übertragungsdrehrichtung UD schneller rotiert als das Eingangsrad 16, kann das Ausgangsrad 15 das Eingangsrad 16 überholen. Damit ist es zum Beispiel nicht möglich, eine Motorbremse über die Freilaufeinrichtung 1 1 umzusetzen.
Zur Steuerung der Freilaufeinrichtung 1 1 weist diese eine Arretiereinrichtung 26 auf, welche als eine Schiebemuffe 27 ausgebildet ist, die über einen Schiebesitz 28 in axialer Richtung verschoben werden kann. Die Schiebemuffe 27 weist einen Schwenkfingerabschnitt 29 auf, welcher den Schwenkbereich 21 bildet und in axialer Richtung ausgerichtet ist. Mit dem Schwenkfingerabschnitt 29 greift die Schiebemuffe 27 in einen als Durchgangsöffnung 30 ausgebildeten Schwenkabschnitt 20 ein. Der Schwenkfingerabschnitt 29 kann auch stationär auf dem Ausgangsrad 15 angeordnet sein. Die Durchgangsöffnung 30 ist in einem deutlichen Übermaß hinsichtlich des freien Durchmessers im Vergleich zu dem Schwenkfingerabschnitt 29 ausgebildet, sodass die Position des Schwenkfingerabschnitts 29 in der Durchgangsöffnung 30 sich frei einstellen kann. Das freie Einstellen ist in der Figur 5 dargestellt, wobei der zwischen dem Ausgangsrad 15 und dem Eingangsrad 16 angeordnete Ringspaltabschnitt 31 in einer Abwicklung mit zwei Klemmkörpern 19 in zwei unterschiedlichen Zuständen gezeigt ist. Der linke Klemmkörper 19 ist in einer ersten Schwenkposition, wobei die Freilaufeinrichtung 1 1 in dem Freilaufzustand ist. Dabei kann der Schwenkfingerabschnitt 29 in der Durchgangsöffnung 30 zum Beispiel zentral angeordnet sein. Bei dem Übergang in den Koppelzustand nimmt der Klemmkörper 19 eine zweite Schwenkposition ein, wie dies bei dem rechten Klemmkörper 19 gezeigt ist. In diesem Zustand kann der Schwenkfingerabschnitt 29 außermittig versetzt werden, sodass sich der Klemmabschnitt 19 frei einstellen kann.
Für den Fall, dass der Schwenkfingerabschnitt 29 wie bei diesem Ausführungsbeispiel gezeigt auf der Schiebemuffe 27 angeordnet ist, ist es vorteilhaft, wenn am Eingang der Durchgangsöffnung 30 eine Fase 32 eingebracht ist.
Wie sich aus der Figur 6a ergibt, welche einen Längsschnitt durch die Schiebemuffe 27 zeigt, weist die Schiebemuffe 27 neben dem Schwenkfingerabschnitt 29 einen parallel dazu angeordneten und radial weiter außen liegenden Sicherungsfingerabschnitt 33 auf. Der Sicherungsfingerabschnitt 33 wirkt mit einer Führungsfläche 34 auf dem Klemmkörper 19 zusammen, welche derart geneigt ausgerichtet ist, dass bei einem axialen Zustellen der Schiebemuffe 27 der Sicherungsfingerabschnitt 33 an der Führungsfläche 34 entlang gleiten kann und dabei den Klemmkörper 19 von der zweiten Schwenkposition in die erste Schwenkposition überführt.
Die Arretiereinrichtung 26 kann somit optional den Klemmkörper 19 von der zweiten Schwenkposition in die erste Schwenkposition überführen. Auf jeden Fall kann die Arretiereinrichtung 26 den Klemmkörper 19 beziehungsweise alle Klemmkörper 19 in der ersten Schwenkposition arretieren, sodass eine versehentliche Überführung der Freilaufeinrichtung 1 1 von dem Freilaufzustand in den Koppelzustand ausgeschlossen ist. ln den Figuren 6b und c ist der Klemmkörper 19 in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung gezeigt beziehungsweise in einer Schnittdarstellung entlang der Fläche XY, wobei die Führungsfläche 34 nochmals deutlich dargestellt ist. Die Führungsfläche 34 ist gegenüber einer Radialebene der Hauptdrehachse H in Zustellrichtung der Schiebemuffe 27 geneigt ausgebildet, so dass der Sicherungsfingerabschnitt 33 beim axialen Zustellen die Neigung als Höhenprofilierung abfährt und dabei den Klemmkörper 19 in Richtung der ersten Schwenkposition um den Schwenkabschnitt 20 und/oder Schwenkfingerabschnitt 29 schwenkt.
Bezugszeichenliste
Fahrzeug
Schaltgetnebeabschnitt
Elektromotor
Abschnittseingang
Abschnittsausgang
weitere Getriebestufe
Sonnenrad
Planetenräder
Planetenträger
Hohlrad
Umgebungskonstruktion (Gehäuse)
Differentialeinrichtung
Räder
Kupplungseinrichtung
Freilaufeinrichtung
Getriebestufe
Sonnenrad
Planetenräder
Planetenträger
Hohlrad
Freilaufeingang
Freilaufausgang
Ausgangsrad
Eingangsrad
Ausgangsmantelfläche
Eingangsmantelfläche
Klemmkörper
Schwenkabschnitt
Schwenkbereich 22 erster Teilabschnitt
23 zweiter Teilabschnitt
24 erster oder innerer Anlageabschnitt
25 zweiter oder äußerer Anlageabschnitt
26 Arretiereinrichtung
27 Schiebemuffe
28 Schiebesitz
29 Schwenkfingerabschnitt
30 Durchgangsöffnung
31 Ringspaltabschnitt
32 Fase
33 Sicherungsfingerabschnitt
34 Führungsfläche
40 Rutschkupplungseinrichtung
B1 erster Betriebszustand
B2 zweiter Betriebszustand
G2 geringere Leistung
H Hauptdrehachse
FM Freilaufmomentenpfad
KM Kupplungsmomentenpfad
P1 Leistung 1
P2 Leistung 2
PB1 erster Betriebspunkt
PB2 zweiter Betriebspunkt
U1 Übergangszustand
UD Übertragungsdrehrichtung

Claims

Patentansprüche
1 . Freilaufeinnchtung (1 1 ) für einen Antriebsstrangabschnitt eines Fahrzeugs (1 ) mit einem Freilaufeingang (13), mit einem Freilaufausgang (14), wobei die Freilaufeinrichtung (1 1 ) einen Koppelzustand und einen Freilaufzustand einnehmen kann, wobei die Freilaufeinrichtung (1 1 ) in dem Koppelzustand ein Drehmoment von dem Freilaufeingang (13) zu dem Freilaufausgang (14) über einen Drehmomentenpfad übertragen kann und wobei in dem Freilaufzustand der Freilaufeinrichtung (1 1 ) der Drehmomentenpfad geöffnet ist, mit einem Eingangsrad (16), wobei das Eingangsrad (16) in Bezug auf eine Hauptdrehachse (H) drehfest mit dem Freilaufeingang (13) verbunden ist, mit einem Ausgangsrad (15), wobei das Ausgangsrad (15) drehfest mit dem Freilaufausgang (14) verbunden ist, und mit einer Mehrzahl von Klemmkörpern (19), wobei die Klemmkörper (19) zwischen dem Eingangsrad (16) und dem Ausgangsrad (15) angeordnet sind, wobei das Eingangsrad (16) und das Ausgangsrad (15) in dem Koppelzustand über die Klemmkörper (19) drehfest gekoppelt und in dem Freilaufzustand entkoppelt sind, wobei die Klemmkörper (19) drehfest mit dem Ausgangsrad (15) verbunden sind, wobei die Freilaufeinrichtung (1 1 ) eine Arretiereinrichtung (26) zur Arretierung des Freilaufzustands aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiereinnchtung (26) als eine Schiebemuffe (27) ausgebildet ist, wobei die Schiebemuffe (27) einen Sicherungsfingerabschnitt (33) aufweist, wobei die Schiebemuffe (27) einen Arretierzustand und einen Freigabezustand einnehmen kann, wobei in dem Arretierzustand der Sicherungsfingerabschnitt (33) den Klemmkörper (19) arretiert, so dass sich die Freilaufeinrichtung (1 1 ) in dem Freilaufzustand befindet, und wobei in dem Freigabezustand der Sicherungsfingerabschnitt (33) den Klemmkörper (19) freigibt, so dass die Freilaufeinrichtung (1 1 ) in den Koppelzustand übergehen kann.
2. Freilaufeinrichtung (1 1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass diese als eine drehzahlabhängige Freilaufeinrichtung (1 1 ) ausgebildet ist, wobei die Freilaufeinrichtung (1 1 ) bei einer ersten Drehzahl in dem Freilaufzustand und bei einer zweiten Drehzahl in dem Koppelzustand ist, wobei die zweite Drehzahl höher als die erste Drehzahl ist.
3. Freilaufeinrichtung (1 1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass das Ausgangsrad (15) koaxial und konzentrisch innenliegend zu dem Eingangsrad (16) angeordnet ist, wobei die Klemmkörper (19) in einem Ringspaltbereich (31 ) zwischen dem Ausgangsrad (15) und dem Eingangsrad (16) angeordnet sind.
4. Freilaufeinrichtung (1 1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkörper (19) jeweils einen Schwenkabschnitt (20) für eine Schwenkung um einen axial zu der Hauptdrehachse (H) ausgerichteten Schwenkbereich (21 ) aufweisen, wobei die Klemmkörper (19) in dem Freilaufzustand eine erste Schwenkposition und in dem Koppelzustand eine zweite Schwenkposition einnehmen.
5. Freilaufeinrichtung (1 1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (27) durch ein axiales Verschieben von dem Arretierzustand in den Freigabezustand überführbar ist.
6. Freilaufeinrichtung (1 1 ) nach Anspruch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmkörper (19) eine Führungsfläche (34) aufweist, die geneigt zu der axialen Vorschubrichtung des Sicherungsfingerabschnitts (33) ist.
7. Antriebsstrangabschnitt für ein Fahrzeug (1 ) oder Fahrzeug (1 ) mit einemAntriebsstrangabschnitt, gekennzeichnet durch eine Freilaufeinrichtung (1 1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
8. Antriebsstrangabschnitt nach Anspruch 7 oder Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrangabschnitt als ein Schaltgetriebeabschnitt (2) ausgebildet ist, mit einem Abschnittseingang (4), mit einem Abschnittsausgang (5), wobei die Freilaufeinrichtung (1 1 ) in einem Freilaufmomentenpfad (FM) zwischen dem Abschnittseingang (4) und dem Abschnittsausgang (5) angeordnet ist, mit einer Kupplungseinrichtung (10), wobei die Kupplungseinrichtung (10) in einem Kupplungsmomentenpfad (KM) zwischen dem Abschnittseingang (4) und dem Abschnittsausgang (5) angeordnet ist, wobei der Kupplungsmomentenpfad (KM) einen Bypasspfad zu der Freilaufeinrichtung (1 1 ) und/oder der Freilaufmomentenpfad einen Bypasspfad zu der Kupplungseinrichtung (10) bildet.
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