DE102007028990A1

DE102007028990A1 - Freilaufeinheit

Info

Publication number: DE102007028990A1
Application number: DE200710028990
Authority: DE
Inventors: Thorsten Biermann; Falk Heinrich; Thomas Karais
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-06-23
Filing date: 2007-06-23
Publication date: 2008-12-24

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Freilaufeinheit mit einem Innenring (10a; 10b) und einem Außenring (11a; 11b) und mit zumindest einer in einem Klemmspalt (12a; 12b) angeordneten Klemmeinheit (13a; 13b). Es wird vorgeschlagen, dass die Freilaufeinheit eine magnetorheologische Einheit (15a; 15b) umfasst.

Description

Gebiet der Erfindung
Stand der Technik
Die Erfindung geht insbesondere aus von einer Freilaufeinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind bereits Freilaufeinheiten mit einem Innenring und einem Außenring und mit zumindest einer in einem Klemmspalt angeordneten Klemmeinheit bekannt.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine elektrisch schaltbare Freilaufeinheit bereitzustellen, die hohe Momente übertragen kann. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und einem Nebenanspruch.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Freilaufeinheit mit einem Innenring und einem Außenring und mit zumindest einer in einem Klemmspalt angeordneten Klemmeinheit. Unter einer „Klemmeinheit" soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die für eine definierte Relativdrehrichtung des Innenrings in den Klemmspalt eintritt und dann eine Verbindung zwischen dem Innenring und dem Außenring herstellt.
Es wird vorgeschlagen, dass die Freilaufeinheit eine magnetorheologische Einheit umfasst. Unter „vorgesehen" soll insbesondere speziell ausgestattet, ausgelegt und/oder programmiert verstanden werden. Unter einer „magnetorheologischen Einheit" soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die ein magnetorheologisches Mittel umfasst, wobei ein „magnetorheologisches Mittel" insbesondere ein Mittel ist, dessen Viskosität sich durch magnetische Felder verändern lässt. Durch eine magnetorheologische Einheit lässt sich eine elektrisch und insbesondere elektronisch schaltbare Freilaufeinheit realisieren, die hohe Momente übertragen kann, da das Moment über eine formschlüssige mechanische Verbindung übertragen wird. Als Freilaufeinheit sind insbesondere mechanische Freilaufeinheiten, wie beispielsweise Klemmrollenfreilaufeinheiten und/der Klemmkörperfreilaufeinheiten, vorteilhaft.
Dabei wird vorgeschlagen, dass die magnetorheologische Einheit ein in den Klemmspalt eingebrachtes magnetorheologisches Mittel umfasst. Über ein magnetorheologisches Mittel kann einfach eine Kraft übertragen werden, mittels der die Freilaufeinheit geschaltet werden kann.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die magnetorheologische Einheit eine Schalteinheit umfasst. Eine Schalteinheit ist vorteilhaft, um einen definierten Schaltvorgang auszulösen.
Dazu wird vorgeschlagen, dass die Schalteinheit eine Regel- und/oder Steuereinheit umfasst. Durch eine Regel- und/oder Steuereinheit kann die Freilaufeinheit besonders flexibel einsetzbar gestaltet werden.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Schalteinheit eine Magnetfeldeinheit umfasst, die dazu vorgesehen ist, in dem Klemmspalt ein Magnetfeld zu erzeugen. Durch eine vorteilhaft ausgestaltete Magnetfeldeinheit kann ein definiertes Magnetfeld in einen dazu vorgesehen Bereich, insbesondere im Klemmspalt, erzeugt werden. Als Magnetfeldeinheiten sind insbesondere Permanentmagneten und/oder Elektromagneten vorteilhaft.
Es wird vorgeschlagen, dass die Schalteinheit in zumindest einem Betriebsmodus dazu vorgesehen ist, einen Schaltvorgang auszulösen. Durch eine Schalteinheit, die in einem Betriebsmodus einen Schaltvorgang auslöst und die Freilaufeinheit sperrt, kann eine Freilaufeinheit realisiert werden, die vielseitig einsetzbar ist, da sie auch entsperrt sein und/oder entsperrt werden kann.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Schalteinheit in zumindest einem Betriebsmodus dazu vorgesehen ist, einen Synchronisiervorgang auszulösen. Unter einem „Synchronisiervorgang" soll insbesondere verstanden werden, dass Drehzahlen des Innenrings und des Außenrings angepasst werden. Dadurch kann ein verschleißarmer Schaltvorgang realisiert werden. Eine Freilaufeinheit, die synchronisiert werden kann, ist insbesondere für eine Schaltgetriebeeinheit, bei der viele Schaltvorgänge ausgeführt werden, vorteilhaft.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Freilaufeinheit eine Federeinheit umfasst, die dazu vorgesehen ist, auf die Klemmeinheit eine Kraft auszuüben. Dadurch kann ein Schaltverhalten der Freilaufeinheit einfach definiert werden. Insbesondere durch eine aus dem Klemmspalt heraus gerichtete Kraft kann vermieden werden, dass die Freilaufeinheit ohne angelegtes Magnetfeld und/oder bei einem niedrigen angelegten Magnetfeld schaltet.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Freilaufeinheit eine Flügeleinheit umfasst, die dazu vorgesehen ist, einen Flüssigkeitsstrom des magnetorheologischen Betriebsmittels zu verstärken, wodurch ein vorteilhaftes Schaltverhalten auch bei kleinen Relativdrehzahlen zwischen Innenring und Außenring erreicht werden kann.
Ist die Flügeleinheit fächerförmig angeordnet, kann die Relativdrehzahl besonders vorteilhaft in einen Flüssigkeitsstrom des magnetorheologischen Betriebsmittels umgesetzt werden.
Es ist vorteilhaft, wenn die Klemmeinheit zumindest eine Klemmrolle umfasst, die dazu vorgesehen ist, den Innenring und den Außenring trennbar, wie reibschlüssig zu verbinden. Durch eine Klemmrolle kann besonders einfach eine elektrisch schaltbare Freilaufeinheit realisiert werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn mehrere Klemmrollen in der Klemmeinheit angeordnet sind, da dann besonders hohe Kräfte übertragen werden können.
Alternativ kann die Klemmeinheit zumindest einen Klemmkörper umfassen, der dazu vorgesehen ist, den Innenring und den Außenring wieder trennbar kraftschlüssig zu verbinden. Durch einen Klemmköper kann ebenfalls eine elektrisch schaltbare Freilaufeinheit einfach realisiert werden. Auch hier ist es vorteilhaft, wenn die Klemmeinheit mehrere Klemmköper umfasst.
Weiter wird eine Schaltgetriebeeinheit mit einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle zum Schalten von zumindest zwei Getriebegängen vorgeschlagen, die zumindest eine elektrisch schaltbare Freilaufeinheit umfasst, die dazu vorgesehen ist, einen Getriebegang zu schalten. Mittels einer elektrisch schaltbaren Freilaufeinheit lässt sich eine Schaltgetriebeeinheit realisieren, die bei kompakter Bauweise besonders hohe Momente übertragen kann.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Freilaufeinheit eine magnetorheologische Einheit umfasst. Durch eine magnetorheologische Einheit lässt sich eine elektrisch schaltbare Freilaufeinheit besonders einfach realisieren.
Es ist vorteilhaft, wenn zumindest eine magnetorheologisch schaltbare Freilaufeinheit je Getriebegang angeordnet ist, da dann eine besonders kompakte Schaltgetriebeeinheit realisiert werden kann.
Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
1 einen Ausschnitt aus einer magnetorheologisch schaltbaren Klemmrollenfreilaufeinheit,
2 einen Ausschnitt aus einer Schaltgetriebeeinheit mit magnetorheologisch schaltbaren Klemmkörperfreiläufen und
3 einen Ausschnitt aus einer magnetorheologisch schaltbaren Klemmköperfreilaufeinheit, wie er in der Schaltgetriebeeinheit angeordnet ist.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt einen Ausschnitt aus einer magnetorheologisch schaltbaren Klemmrollenfreilaufeinheit mit einem Außenstern. Die Klemmrollenfreilaufeinheit umfasst einen Innenring 10a und einen Außenring 11a. An dem Außenring 11a ist eine Rampenstruktur abgebildet, die zusammen mit dem Innenring 10a als ein Klemmspalt 12a für eine in dem Klemmspalt 12a angeordnete Klemmeinheit 13a dient. Die Klemmeinheit 13a umfasst Klemmrollen, die für eine de finierte Relativdrehrichtung 14a des Innenrings 10a relativ zum Außenring 11a in den Klemmspalt 12a eintreten können und die dann eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Innenring 10a und dem Außenring 11a herstellen.
Weiter umfasst die Freilaufeinheit eine magnetorheologische Einheit 15a. Zu der magnetorheologischen Einheit 15a gehören ein magnetorheologisches Mittel 16a und eine Schalteinheit 17a. Das magnetorheologische Mittel 16a ist in den Klemmspalt 12a eingebracht.
Die Schalteinheit 17a umfasst eine Regel- und Steuereinheit 18a und eine Magnetfeldeinheit 19a. Die Regel- und Steuereinheit 18a regelt ein Magnetfeld, das durch die Magnetfeldeinheit 19a im Klemmspalt 12a erzeugt wird. Über das Magnetfeld kann eine Viskosität des magnetorheologischen Mittels 16a, die eine Scherwirkung bedingt, eingestellt werden.
In einem Betriebsmodus wird durch die magnetorheologische Einheit 15a ein Schaltvorgang ausgelöst. Dazu wird ein hohes magnetisches Feld eingestellt, das zu einer hohen Viskosität des magnetorheologischen Mittels 16a führt. Drehen sich der Innenring 10a und der Außenring 11a relativ zueinander, entsteht ein Flüssigkeitsstrom des magnetorheologischen Mittels 16a, der bei der definierten Relativdrehrichtung 14a auf die Klemmeinheit 13a eine in den Klemmspalt 12a hinein gerichtete Kraft bewirkt. Ist die Kraft ausreichend groß, tritt die Klemmeinheit 13a in den Klemmspalt 12a ein.
Der durch den Flüssigkeitsstrom bedingten Kraft entgegengerichtet ist eine Kraft einer Federeinheit 20a. Die Federeinheit 20a verbindet die Klemmeinheit 13a mit dem Außenring 11a und bewirkt auf die Klemmeinheit 13a eine Kraft, die aus dem Klemmspalt 12a heraus gerichtet ist. Eine Befestigungseinheit, die die Federeinheit 20a mit dem Außenring 11a verbindet, ist nicht näher dargestellt. Über die Kraft der Federeinheit 20a kann ein Schaltverhalten definiert werden, wann die Klemmeinheit 13a in den Klemmspalt 12a eintritt und die Freilaufeinheit gesperrt wird. Insbesondere kann durch die Federeinheit 20a vermieden werden, dass die Klemmeinheit 13a ohne angelegtes Magnetfeld oder bei einem kleinen angelegten Magnetfeld in den Klemmspalt 12a eintritt.
Ist die Freilaufeinheit gesperrt, kann über die Klemmeinheit 13a für die definierte Relativdrehrichtung 14a ein Moment übertragen werden. Die Kraft, die das magnetorheologische Mittel 16a zum Schalten auf die Klemmeinheit 13a ausüben muss, damit sie in den Klemmspalt 12a eintritt und die Freilaufeinheit sperrt, ist wesentlich geringer als ein Moment, das maximal über die gesperrte Freilaufeinheit übertragen werden kann. Ist die Freilaufeinheit gesperrt, kann das Magnetfeld sogar abgeschaltet werden und die Freilaufeinheit bleibt gesperrt, solange das Moment übertragen wird.
Neben der Klemmeinheit 13a sind in dem Klemmspalt 12a Flügeleinheiten 21a angeordnet, die den Flüssigkeitsstrom verstärken. Somit wird die Flüssigkeit bereits bei kleinen Relativdrehzahlen zwischen Innenring 10a und Außenring 11a in Bewegung versetzt und insbesondere in den Bereich des Klemmspalts 12a gedrückt.
In einem weiteren Betriebsmodus wird durch die magnetorheologische Einheit 15a ein Synchronisiervorgang ausgelöst, bei dem Drehzahlen des Innenrings 10a und des Außenrings 11a angepasst werden. Dazu wird über die Magnetfeldeinheit 19a ein niedriges Magnetfeld eingestellt, das eine kleine Viskosität bedingt. Die Freilaufeinheit ist bei dieser Magnetfeldstärke ensperrt. Durch das magnetorheologische Mittel 16a wird ein Moment zwischen dem Innenring 10a und dem Außenring 11a übertragen. Das übertragene Moment ist wesentlich kleiner als das Moment, das über die gesperrte Freilaufeinheit übertragen werden kann. Durch das übertragene Moment werden Innenring 10a und Außenring 11a synchronisiert, bis sie sich mit einer gleichen Drehzahl drehen. Sind der Innenring 10a und der Außenring 11a synchronisiert, wird die Freilaufeinheit verschleißarm geschalten, indem das Magnetfeld weiter erhöht wird und es kann das maximale Moment übertragen werden.
2 zeigt einen Ausschnitt aus einer Schaltgetriebeeinheit, die besonders vorteilhaft für eine Anordnung von elektrisch schaltbaren und insbesondere von magnetorheologisch schaltbaren Freilaufeinheiten 36b, 37b, 38b, 39b geeignet ist. Die Schaltgetriebeeinheit umfasst eine Antriebswelle 31b und eine parallel zur Antriebswelle 31b angeordnete Abtriebswelle. Durch die Schaltgetriebeeinheit können vier Getriebegänge geschaltet werden. Die Getriebegänge werden durch vier Zahnradebenen gebildet, die je ein auf der Antriebswelle 31b angeordnetes Losrad 32b, 33b, 34b, 35b und ein auf der Abtriebswelle angeordnetes Festrad umfassen. Die Abtriebswelle und die Festräder sind nicht näher dargestellt. Je ein Losrad 32b, 33b, 34b, 35b kämmt mit je einem Festrad. Um die Losräder 32b, 33b, 34b, 35b drehfest mit der Antriebswelle 31b zu verbinden, sind in den Losrädern 32b, 33b, 34b, 35b die magnetorheologisch schaltbare Freilaufeinheiten 36b, 37b, 38b, 39b angeordnet, die alle einer in 3 gezeigten Klemmkörperfreilaufeinheit entsprechen. Je Getriebegang ist eine Freilaufeinheit 36b, 37b, 38b, 39b angeordnet, die den entsprechenden Getriebegang schaltet.
3 zeigt einen Ausschnitt aus einer der Freilaufeinheiten 36b, 37b, 38b, 39b. Eine solche Klemmkörperfreilaufeinheit stellt ein alternatives Ausführungsbeispiel zu der in 1 gezeigten Klemmrollenfreilaufeinheit dar. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in der 1 durch den Buchstaben b in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 2 und 3 ersetzt. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel in der 1, wobei bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels in der 1 verwiesen werden kann.
Eine in einem Klemmspalt 12b der Freilaufeinheit 36b, 37b, 38b, 39b angeordnete Klemmeinheit 13b umfasst Klemmköper, die für eine Relativdrehrichtung 14b eines Innenrings 10b eine formschlüssige Verbindung zu einem Außenring 11b herstellen können. Wird die Freilaufeinheit 36b, 37b, 38b, 39b geschalten, werden die Klemmkörper der Klemmeinheit 13b durch einen Flüssigkeitsstrom eines magnetorheologischen Mittels 16b um eine Achse gedreht, wodurch die Klemmeinheit eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Innenring 10b und dem Außenring 11b herstellen kann. In dem Klemmspalt 12b sind Flügeleinheiten 21b fächerförmig angeordnet und verstärken den Flüssigkeitsstrom. Die Klemmkörper der Klemmeinheit 13b sind vorteilhaft aus Titan oder Keramik gefertigt, da diese Materialien eine geringe Dichte und eine hohe Festigkeit aufweisen.
In der als Hohlwelle ausgebildeten Antriebswelle 31b der Schaltgetriebeeinheit ist eine Magnetfeldeinheit 19b angeordnet. Eine Schalteinheit 17b, die einen Schaltvorgang zum Schalten der Getriebegänge auslöst, ist schematisch dargestellt. Die Schalteinheit 17b umfasst einen Aktuator 40b mit einer Regel- und Steuereinheit 18b. Wird die Magnetfeldeinheit 19b durch die Schalteinheit 17b innerhalb eines der Losräder 32b, 33b, 34b, 35b angeordnet, wird die entsprechende Freilaufeinheit 36b, 37b, 38b, 39b durch ein Magnetfeld der Magnetfeldeinheit 19b gesperrt und ein entsprechender Getriebegang ist geschaltet. Als Magnetfeldeinheit 19b sind verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Einheiten zur Erzeugung eines Magnetfeldes denkbar, wie beispielsweise ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet.
Als Aktuator 40b für die Magnetfeldeinheit 19b sind verschiedene dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Aktuatoren denkbar. Vorteilhaft sind elektrische Aktuatoren und insbesondere hydraulische Aktuatoren, wie beispielsweise ein zweifach wirkender Zylinder, in dessen Kolbenboden die Magnetfeldeinheit 19b eingesetzt ist.

10a, b: Innenring
11a, b: Außenring
12a, b: Klemmspalt
13a, b: Klemmeinheit
14a, b: Relativdrehrichtung
15a, b: Magnetorheologische Einheit
16a, b: Magnetorheologisches Mittel
17a, b: Schalteinheit
18a, b: Regel- und Steuereinheit
19a, b: Magnetfeldeinheit
20a, b: Federeinheit
21a, b: Flügeleinheit
31b: Antriebswelle
32b: Losrad
33b: Losrad
34b: Losrad
35b: Losrad
36b: Freilaufeinheit
37b: Freilaufeinheit
38b: Freilaufeinheit
39b: Freilaufeinheit
40b: Aktuator

Claims

Freilaufeinheit mit einem Innenring (10a; 10b) und einem Außenring (11a; 11b) und mit zumindest einer in einem Klemmspalt (12a; 12b) angeordneten Klemmeinheit (13a; 13b), gekennzeichnet durch eine magnetorheologische Einheit (15a; 15b).
Freilaufeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetorheologische Einheit (15a; 15b) ein in den Klemmspalt (12a; 12b) eingebrachtes magnetorheologisches Mittel (16a; 16b) umfasst.
Freilaufeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetorheologische Einheit (15a; 15b) eine Schalteinheit (17a, 17b) umfasst.
Freilaufeinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (17a, 17b) eine Regel- und/oder Steuereinheit (18a; 18b) umfasst.
Freilaufeinheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (17a; 17b) eine Magnetfeldeinheit (19a; 19b) umfasst, die dazu vorgesehen ist, in dem Klemmspalt (12a; 12b) ein Magnetfeld zu erzeugen.
Freilaufeinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (15a; 15b) in zumindest einem Betriebsmodus dazu vorgesehen ist, einen Schaltvorgang auszulösen.
Freilaufeinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (17a; 17b) in zumindest einem Betriebsmodus dazu vorgesehen ist, einen Synchronisiervorgang auszulösen.
Freilaufeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Federeinheit (20a; 20b), die eine Kraft auf die Klemmeinheit (13a; 13b) ausübt.
Freilaufeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine Flügeleinheit (21a; 21b), die dazu vorgesehen ist, einen Flüssigkeitsstrom des magnetorheologischen Mittels (16a; 16b) zu verstärken.
Freilaufeinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Flügel der Flügeleinheit (21b) fächerförmig angeordnet sind.
Freilaufeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmeinheit (13a) zumindest eine Klemmrolle umfasst, die dazu vorgesehen ist, den Innenring (10a) und den Außenring (11a) wieder trennbar zu verbinden.
Freilaufeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmeinheit (13b) zumindest einen Klemmkörper umfasst, der dazu vorgesehen ist, den Innenring (10b) und den Außenring (11b) wieder trennbar zu verbinden.
Schaltgetriebeeinheit mit einer Antriebswelle (31b) und einer Abtriebswelle zum Schalten von zumindest zwei Getriebegängen, gekennzeichnet durch zumindest eine elektrisch schaltbare Freilaufeinheit (36b, 37b, 38b, 39b), die dazu vorgesehen ist, einen Getriebegang zu schalten.
Schaltgetriebeeinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch schaltbare Freilaufeinheit (36b, 37b, 38b, 39b) eine magnetorheologische Einheit (15b) umfasst.
Schaltgetriebeeinheit nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Getriebegang durch eine magnetorheologisch schaltbare Freilaufeinheit (36b, 37b, 38b, 39b) schaltbar ist.
Verfahren für eine Freilaufeinheit mit einem Innenring (10a; 10b) und einem Außenring (11a; 11b) und mit zumindest einer in einem Klemmspalt (12a; 12b) angeordneten Klemmeinheit (13a; 13b), insbesondere für eine Freilaufeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine magnetorheologische Einheit (15a; 15b) einen Schaltvorgang und/oder einen Synchronisiervorgang auslöst.