Die Erfindung betrifft eine Klemmrollenfreilaufkupplung mit einem Außenring, entlang dessen Innenwandung mehrere beabstandet zueinander angeordnete Klemmrampen für hiermit jeweils korrespondierende Klemmrollen ausgebildet sind, die mit je zugeordneten und sich an einer dazwischenliegenden Käfiganordnung abstützenden Federn beaufschlagt sind, um in einer Lastdrehrichtung eine Klemmung zwischen dem Außenring und einem koaxial hiervon umgebenden Innenteil herzustellen. Ferner betrifft die Erfindung auch eine Anlasseranordnung eines im Start-Stopp-Modus betriebenen Kraftfahrzeuges mit einer solchen Klemmrollenfreilaufkupplung.

Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf Kraftfahrzeuge, deren Verbrennungsmotor von einem elektromotorischen Anlasser gestartet werden. Dies erfolgt meist durch ein zwischengeschaltetes Zugmittelgetriebe, welches das Antriebsdrehmoment des Anlassers auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors überträgt. Eine Klemmrollenfreilaufkupplung der hier interessierenden Art ist meist endsei- tig an die Kurbelwelle angeflanscht. Nach einer anderen gebräuchlichen Ausführungsform kann ein Anlasser auch direkt in einen Zahnkranz einer Klemmrollenfreilaufkupplung zum Eingriff kommen, so dass hier das Zugmittel entfallen kann.

Daneben ist es auch denkbar, die erfindungsgegenständliche Klemmrollenfreilaufkupplung als selbstschaltende Kupplung für Rücklaufsperren, Schaltelemente oder Überholkupplungen auch bei anderen Maschinen einzusetzen.

Aus der DE 10 2013 206 81 1 A1 geht eine gattungsgemäße Klemmrollenfreilaufkupplung hervor. Diese besteht im Wesentlichen aus einem Außenring sowie einem benachbart hierzu angeordneten Käfig, wobei der Außenring innenseitig mit Klemmrampen versehen ist und in dem Käfig Klemmrollen platziert und diesen zugeordnete Federelemente an dem Käfig befestigt sind, welche die Klemmrollen beaufschlagen, so dass diese gegen die Klemmrampen anfedern, um in einer Lastdrehrichtung ein Lastdrehmoment von den Klemmrollen auf den Außenring zu übertragen. In einer entge- gengesetzten Freilaufdrehrichtung wird eine klemmungsfreie Freilauffunktion realisiert. Bei diesem Stand der Technik sind die Klemmrampen speziell aus einem Stahlband hergestellt, deren beidseitigen Enden stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Alle Klemmrampen weisen denselben Klemmwinkel auf.

Aus der DE 10 2010 033 503 A1 geht eine andere Freilaufkupplung hervor, welche im Rahmen einer Anlasseranordnung zur Herstellung einer Ankopplung zu einem

Anlasserzahnkranz zum Einsatz kommt. Im Anlasserzahnkranz kommt bei diesem Stand der Technik direkt das Ritzel eines elektromotorischen Anlassers zum Eingriff, so dass hier auf ein Zugmittel verzichtet wird. Insbesondere bei Hybridanwendungen mit Start-Stopp-Modus kann ein häufiges Einspuren des Anlassers in Folge des Ausschaltens des Verbrennungsmotors an Verkehrsampeln mit darauf folgendem erneuten Anlassen des Verbrennungsmotors unkomfortabel sein. Die hier offenbarte Freilaufkupplung stellt sicher, dass der Anlasser immer eingespurt bleiben kann; im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges sind Kurbelwelle und Anlasserzahnkranz voneinander entkoppelt. Bei dieser technischen Lösung werden Klemmkörper der Freilaufkupplung in Axialrichtung von beidseitig hiervon angeordneten Käfigteilen gehalten. Die Kupplungswirkung tritt also entgegen dem vorgenannten Stand der Technik nicht in Radialrichtung sondern in Axialrichtung ein. Dieses Konstruktionsprinzip erfordert relativ viel Bauraum.

Wird demgegenüber eine gattungsgemäße Klemmrollenfreilaufkupplung bei Kraftfahrzeugen mit Start-Stopp-Modus eingesetzt, so neigen diese bei tiefen Temperaturen von circa unter -20° Celsius beim Start zum Durchrutschen, was zu Störungen in der Motorsteuerung moderner Kraftfahrzeuge oder im schlimmsten Fall zur Zerstörung der Klemmrollenfreilaufkupplung führen kann.

Versuche haben ergeben, dass die Problematik des Durchrutschens unabhängig vom Schmiermittel auftritt, mit welchem die Freilaufkupplung geschmiert wird, insbesondere Öl oder Fett. Dies wird dadurch erklärt, dass das Schmiermittel bei tiefen Temperaturen einen besonders zähen Schmierfilm bildet, welcher die Klemmrollen und die hiermit korrespondierenden Klemmbahnen am Innenteil so wie Außenring benetzt. Bei geringsten Erschütterungen, welche insbesondere beim Start des Verbrennungsmotors vorkommen, verliert die Klemmrolle den metallischen Kontakt zu mindestens ei- ner der Klemmbahnen und die Freilaufkupplung rutscht durch. Das Durchrutschen dauert solange an, bis mindestens eine der mehreren Klemmrollen den metallischen Kontakt zu den beiden Klemmbahnen wiederfindet. Die Freilaufgeometrie kann durch diese ungleichmäßige Belastung beschädigt oder sogar zerstört werden.

Es ist bereits versucht worden, zum Vermeiden des Durchrutschens die Federkraft zu erhöhen. Hierdurch soll die Klemmrolle den Schmierfilm leichter durchdringen können. Jedoch steigt gleichzeitig auch die Gefahr, dass die Freilaufkupplung zu viel Reibwärme und Verschleiß in Leerlaufphasen erzeugt.

Auch die weitere Reduzierung der Klemmwinkel aller Klemmrampen führt nicht zum Erfolg, Denn die meisten Freilaufkupplungen werden bis an die Drehmomentkapazitätsgrenze heran belastet, so dass dies nicht weiter möglich ist. Denn bei geringerem Klemmwinkel steigt die Kontaktpressung.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine gattungsgemäße Klemmrollenfreilaufkupplung dahingehend weiter zu verbessern, dass ein Durchrutschen bei tiefen Temperaturen mit einfachen technischen Mitteln wirkungsvoll verhindert wird.

Die Aufgabe wird ausgehend von einer Klemmrollenfreilaufkupplung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass mindestens eine der mehreren Klemmrampen des Außenrings als flachere Klemmrampen mit einem Klemmwinkel ai ausgebildet sind, der geringer ist als der Klemmwinkel C(2 der übrigen demgegenüber steileren Klemmrampen.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass beim Start die flacheren Klemmrampen deutlich besser greifen als die übrigen relativ hierzu steileren Klemmrampen. Hierdurch wird ein Durchrutschen der Klemmrollenfreilaufkupplung vermieden. Es ist ausreichend, wenn weniger als die Hälfte der mehreren Klemmrampen als flachere Klemmrampen ausgebildet sind, um das anfängliche Risiko eines Durchrutschens beim Kaltstart des Verbrennungsmotors zu vermeiden.

Vorzugsweise sollten im Falle von mehreren flachen Klemmrampen, diese symmetrisch entlang des Außenrings verteilt angeordnet sein. So sollten im Falle von zwei flacheren Klemmrampen, diese einander gegenüberliegend angeordnet sein und beispielsweise drei flachere Klemmrampen sollten sternförmig mit äquidistantem Abstand zueinander über den Umfang des Außenrings verteilt sein. Hierdurch wird eine gegenseitige Stützwirkung erzielt, was zu einer höheren Stabilität der Klemmrollenfreilaufkupplung führt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, die sich insbesondere zur Anwendung im Rahmen einer Anlasseranordnung eines im Start-Stopp-Modus betriebenen Kraftfahrzeuges eignet, ist vorgesehen, dass der flachere Klemmwinkel ai um 60% mit einer Toleranz von +/- 10%, kleiner als der steilere Klemmwinkel C(2 ist. Dieser relative Winkelunterschied genügt, um die vorstehend beschriebenen Vorteile der Erfindung zu erzielen. Vorzugsweise weisen bei diesem Anwendungsfall die flacheren Klemmrampen einen Klemmwinkel ai von 1 ,5 bis 2,5° und die dem gegenüber steileren Klemmrampen einen Klemmwinkel c^ von 3 bis 4° auf. Je nach Anwendungsfall können diese Wertebereiche jedoch auch variieren. Versuche haben allerdings ergeben, dass für den vorgenannten speziellen Anwendungsfall diese Wertbereiche für die Klemmwinkel ai und 02 selbst bei Kaltstarts bei -30° Celsius und einem hohen Anlasserdrehmoment für Verbrennungsmotoren moderner Kraftfahrzeuge eine zuverlässige Funktion der Klemmrollenfreilaufkupplung sicherstellt.

Um ein Überrollen der flacheren Klemmrampen durch die Klemmrollen zu verhindern, weisen diese gemäß einer die Erfindung weiter verbessernde Maßnahme einen stark ansteigenden Endbereich auf, der einen Klemmwinkel 03 von größer als 5°, ganz vorzugsweise größer als 9°, aufweist.

Die erfindungsgemäße Klemmrollenfreilaufkupplung eignet sich im Rahmen einer Anlasseranordnung eines im Start-Stopp-Modus betriebenen Kraftfahrzeuges sowohl für Anlasser, welche über Zugmittel auf die an einer Kurbelwelle angeflanschte Klemnnrollenfreilaufkupplung wirkt, als auch auf Anlasseranordnungen, bei welchen die Klennnnrollenfreilaufkupplung einen Zahnkranz aufweist, der direkt mit einem Zahnritzel des Anlassers - ohne dazwischenliegendes Zugmittel - zusammenwirkt.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer Anlasseranordnung eines Kraftfahrzeuges mit Zugmitteltrieb,

Figur 2 einen schematischen Längsschnitt im Bereich der Klemmrollenfreilaufkupplung nach Figur 1 ,

Figur 3 einen schematischen Längsschnitt durch eine Anlasseranordnung mit

Zahnkranz an der Klemmrollenfreilaufkupplung gemäß eines alternativen Ausführungsbeispiels,

Figur 4 einen schematischen Querschnitt durch eine Klemmrollenfreilaufkupplung mit speziellen Klemmrampen, und

Figur 5 eine Detailseitenansicht auf den Außenring der Klemmrollenfreilaufkupplung nach Figur 4 mit den unterschiedlichen Klemmrampen.

Gemäß Figur 1 besteht eine Anlasseranordnung eines im Start-Stopp-Modus betriebenen - nicht weiter dargestellten - Kraftfahrzeuges aus einem im Bereich eines Verbrennungsmotors 1 angeordneten elektromotorischen Anlassers 2, dessen Antriebsdrehmoment über ein Zugmittel 3 in Form eines Zahnriemens auf die Kurbelwelle 4 des Verbrennungsmotors 1 übertragen wird. Koaxial endseitig der Kurbelwelle 4 ist eine Klemmrollenfreilaufkupplung 5 angebracht, welche bezüglich des Anlassers 2 einen Freilauf gewährleistet, wenn sich die Kurbelwelle 4 des Verbrennungsmotors 1 nach vollzogenem Start in mindestens Leerlaufdrehzahl befindet. Das Zugmittel 3 ist mit einer Spanneinheit 6 beaufschlagt. Gemäß Figur 2 ist stirnseitig an der Kurbelwelle 4 einen Schwungmasse 7 angeflanscht. Diese ist an einen Außenring 8 der Klemmrollenfreilaufkupplung 5 angekoppelt. Vermittels Klemmrollen 9 wird eine Freilaufkupplungsverbindung zu einem Innenteil 10 der Klemmrollenfreilaufkupplung 5 hergestellt, welche über einen Zahnkranz 1 1 mit dem abtreibenden - nicht weiter dargestellten - Zugmittel in Verbindung steht. Die Drehlagerung des Zahnkranzes 1 1 mit Klemmrollenfreilaufkupplung 5 gegenüber der Kurbelwelle 4 erfolgt durch ein dazwischen angeordnetes Wälzlager 12.

Die Figur 3 illustriert ein anderes Ausführungsbeispiel, bei welchem im Unterschied zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Zahnkranz 1 1 ' der Klemmrollenfreilaufkupplung 5' direkt von einem Ritzel eines Anlassers 2' - also ohne Zugmittel - angetrieben wird.

Nach Figur 4 besteht die Klemmrollenfreilaufkupplung 5 aus einem Außenring 8, entlang dessen Innenwandung insgesamt acht äquidistant beabstandet zueinander angeordnete Klemmrampen 13a bis 13h ausgebildet sind. Jede der Klemmrampen 13a bis 13h wirkt mit einer Klemmrolle 9 (exemplarisch) zusammen, die mit einer zugeordneten Käfiganordnung 14 sowie einer sich hiervon abstützenden Feder 15 positioniert sowie beaufschlagt wird.

Die beiden gegenüberliegend angeordneten Klemmrampen 13d und 13h weisen einen flacheren Klemmwinkel auf, als die übrigen sechs Klemmrampen 13a bis 13c sowie 13e bis 13g.

Die Figur 5 illustriert diese spezielle Klemmrampengeometrie anhand der einander benachbarten Klemmrampen 13c und 13d, jedoch spiegelverkehrt. Die flache Klemmrampe 13d weist einen Klemmwinkel ai von circa 2° auf, wogegen die exemplarische steilere Klemmrampe 13c einen Klemmwinkel c^ von circa 4° aufweist. Wegen der schematischen Darstellung in der Zeichnung sind die textlichen Angaben hinsichtlich der Klemmwinkel maßgeblich. Speziell die exemplarischere flache Klemmrampe 13d mündet in einen stark ansteigenden Endbereich 16 aus, der einen Klemmwinkel 03 von circa 10° aufweist. Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, dass der Klemmrollenfreilauf auch bei anderen Anwendungen, als eine Anlasseranordnung bei einer Verbrennungskraftmaschine zum Einsatz kommt, um insbesondere bei hohen Temperaturunterschieden eine zuverlässige Kupplungswirkung zu erhalten.

Bezugszeichenliste

Verbrennungsmotor

Anlasser

Zugmittel

Kurbelwelle

Klemmrollenfreilaufkupplung

Spanner

Schwungmasse

Außenring

Klemmrolle

Innenteil

Zahnkranz

Wälzlager

Klemmrampe

Käfiganordnung

Feder

Endbereich