DE102009030989A1

DE102009030989A1 - Rollenfreilauf

Info

Publication number: DE102009030989A1
Application number: DE102009030989A
Authority: DE
Inventors: Marco Becht
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-07-21
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2010-01-28

Abstract

Ein Rollenfreilauf enthält einen Innenring, einen Außenring und mehrere zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnete Rollkörper. Ein Käfig, der die Rollkörper aufnimmt, ist vorgesehen, wobei der Käfig eine Rollenanfederung aufweist und der Käfig von der Rollenanfederung auf den Rollkörpern getragen ist, dass er der Rollenbewegung in Umfangsrichtung des Rollenfreilaufs folgt. Der Käfig wird durch eine Käfiganfederung in einer ersten Umfangsrichtung vorbelastet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rollenfreilauf, insbesondere zur Verwendung in einem Kurbel-CVT-Getriebe auf der Abtriebsseite des Kurbel-CVT-Getriebes, und ein Kurbel-CVT-Getriebe mit einem solchen Rollenfreilauf. Insbesondere betrifft die Erfindung umschaltbare Rollenfreiläufe.
Ein Kurbel-CVT-Getriebe ist beispielsweise aus der EP 1 650 071 A2 bekannt. Auf einer von einem Motor antreibbaren Eingangswelle, die im Bezug auf das Getriebe eine antreibende Welle bildet, ist eine verstellbare Exzenterantriebsanordnung mit Exzenterbauteilen vorgesehen, die über pleuelähnliche Verbindungselemente mit einer getriebenen Welle verbunden ist, welche im Bezug auf das Getriebe eine Ausgangs- oder Abtriebswelle bildet. Durch die Übertragung des Hubs der Verbindungselemente mittels Freilaufeinrichtungen auf die getriebene Welle und damit die Abtriebsseite des Getriebes wird die getriebene Welle angetrieben. Die Freilaufeinrichtungen sind zwischen den pleuelartigen Verbindungselementen und der getriebenen Welle vorgesehen. Insbesondere können Rollenfreiläufe als Freilaufeinrichtungen zum Einsatz kommen.
Die antreibende Kurbelwelle und die Abtriebswelle bzw. getriebene Welle des Kurbel-CVT-Getriebes sind zueinander parallel ausgerichtet und in einem Getriebegehäuse jeweils drehbar gelagert. Von einem Verbrennungsmotor wird Drehmoment in die Kurbelwelle eingeleitet und durch das Kurbel-CVT-Getriebe an die Abtriebswelle übertragen. Je nach Position der Exzenterbauteile bezüglich der Drehachse der Antriebswelle wird die Exzentrizität der Exzenterbauteile und damit deren Drehachse gegenüber der Antriebswelle verändert, wodurch der von den pleuelartigen Verbindungselementen auf die Abtriebswelle übertragene Hub und damit die Übersetzung des Getriebes eingestellt werden kann. An der Abtriebswelle kann das Drehmoment beispielsweise zum Antreiben von Rädern eines Fahrzeugs abgegriffen werden.
In der Regel sind in dem Kurbel-CVT-Getriebe in Axialrichtung der Kurbelwelle hintereinander mehrere Exzentereinheiten angeordnet, an denen jeweils pleuelartige Verbindungselemente angebracht sind und die mit einer entsprechenden Anzahl von Freilaufeinheiten auf der Abtriebsseite des Getriebes in Verbindung stehen, die auf der Abtriebswelle ebenfalls in deren Axialrichtung hintereinander angeordnet sind.
Für die Freilaufeinheiten ist es bekannt, schaltbare oder nicht schaltbare Freiläufe vorzusehen. Werden nicht umschaltbare Freiläufe verwendet, so wird in einer Relativrotationsrichtung eines Außenrings einer Freilaufeinheit und der Abtriebswelle, bzw. eines mit der Abtriebswelle fest verbundenen Innenrings oder Innensterns, eine Sperrwirkung erzielt und in der anderen Relativrotationsrichtung zwischen dem Außenring und dem Innenstern keine Sperrwirkung erzielt. Bei umschaltbaren Freiläufen kann durch Einstellen eines Umschaltmechanismus die Blockierrichtung gewählt werden, so dass die beiden Bauteile, nämlich der Innenstern und der Außenring, in einer wählbaren Relativdrehrichtung blockieren und somit in dieser Relativdrehrichtung nur gemeinsam verdreht werden. In der jeweils anderen Relativdrehrichtung können sich der Innenstern und der Außenring relativ zueinander verdrehen. Bei solchen umschaltbaren Freiläufen kann somit die Drehrichtung der Abtriebswelle verändert werden, so dass mittels der Umschaltung der umschaltbaren Freiläufe, z. B. Vorwärts- und Rückwärtsgänge realisiert werden können.
Eine für ein Kurbel-CVT-Getriebe eingesetzte Freilaufeinrichtung weist in der Regel einen Außenring auf, der konzentrisch um ein polygonartiges Profil der Abtriebswelle, auch als Innenstern bezeichnet, vorgesehen ist. Das polygonartige Profil kann integral mit der Abtriebswelle ausgebildet sein oder drehfest damit verbunden sein. Auch ist es möglich, dass die Freilaufeinheiten einen Teilbereich der Abtriebswelle in axialer Richtung bilden.
Zwischen dem polygonartigen Profil und dem Außenring sind Roll- bzw. Klemmkörper vorgesehen, die bezüglich des Innenrings, der das polygonartige Profil ausweist, und dem Außenring zumindest zwei Positionen in Umfangsrichtung einnehmen können, nämlich eine erste Position, in der sie eine Verdrehung des Innenrings und des Außenrings zueinander blockieren, und eine zweite Position, in der der Innenring und der Außenring relativ zueinander frei verdreht werden können (Freilauf). Die erste Position wird im Folgenden auch als Klemm- oder Sperrposition bezeichnet, in der die Roll- bzw. Klemmkörper in einem zwischen Innenring und Außenring gebildeten Klemmspalt liegen.
Bei einer in der EP 1 650 071 A2 beschriebenen Freilaufeinrichtung sind zur Anpressung und Dämpfung der Rollen an den Innenring V-förmige Blattfedern vorgesehen, die an einem Stift gelagert sind. Mittels der Blattfedern werden die Freilaufrollen an den Innenring mit dem polygonartigen Profil angepresst. Die Feder ist so ausgelegt, dass Eigenbewegungen und Schwingungen der Freilaufrollen vermieden werden, so dass die Rollen stets ideal an den Klemmspalt, d. h. in die Klemmposition, angepresst werden. Somit können auch Zustände vermieden werden, in denen Schlupf entsteht, wenn die Rollen mit dem Außenring nicht in Eingriff gelangen. Die V-förmige Blattfeder stützt sich jeweils mit einem ihrer beiden Schenkel an einer Rolle ab, so dass der erste Schenkel sich an einer ersten Rolle und der zweite Schenkel sich an einer zur ersten Rolle benachbarten Rolle abstützt. Somit werden auf jede Rolle zwei Kraftkomponenten ausgeübt, da zwei benachbarte Blattfedern auf eine Rolle wirken. Die resultierende Kraft ist derart gewählt, dass sie nahe der Selbsthemmung der Rollen wirkt, um eine hohe Reibkraft zu erzielen, ohne die Rolle einzuklemmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rollenfreilauf mit hoher Drehmomentkapazität vorzusehen. Außerdem soll ein Kurbel-CVT-Getriebe mit hoher Drehmomentkapazität vorgesehen werden.
Die Aufgabe wird mit einem Rollenfreilauf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Ein Kurbel-CVT-Getriebe ist durch Anspruch 26 definiert.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Käfig auf den Rollen schwimmend zu lagern, d. h. so zu lagern, dass der Rollenkäfig mit der Rollenbewegung in Umfangsrichtung mitgeht. Durch dieses Mitbewegen des Rollenkäfigs in Umfangsrichtung bei einer entsprechenden Bewegung der Rollen können mehr Rollkörper im Freilauf untergebracht werden, als dies bei einem zum Innenstern bzw. Innenprofil festen Käfig der Fall ist. Durch die erhöhte Zahl der verhältnismäßig kleinen Rollkörper, insbesondere Rollen, steigt die Drehmomentkapazität des Freilaufs. Außerdem erfolgt die Kraftübertragung in Umfangsrichtung besser über den Umfang des Innen- und Außenrings verteilt, so dass die Belastungsspitzen minimiert werden.
Gleichzeitig ist im Käfig eine Einzelanfederung für die Rollen, d. h. Rollenanfederung, vorgesehen, die eine dämpfende Wirkung auf die Rollkörper ausübt, ohne wesentlich Einfluss auf den Freilaufwirkungsgrad zu nehmen. Der Käfig an sich ist durch eine Käfiganfederung in einer Umfangsrichtung vorbelastet, so dass durch die Käfiganfederung ein Drehmoment auf den Käfig ausgeübt wird, das sich der tangentialen Kraft auf die Rollkörper, die durch die Rollenanfederung erzeugt wird, überlagert. Somit kann die Gesamtanfederung durch eine einfache und robuste Anordnung gewährleistet werden, auf die die Einzeltoleranzen der Rollenanfederung bzw. des Innensterns oder Außenrings keinen nennenswerten Einfluss haben, und die im Wesentlichen durch die Käfiganfederung bereitgestellt wird.
Somit weist ein erfindungsgemäßer Rollenfreilauf einen Innenring, insbesondere als Innenstern mit polygonartigen Profil gebildet, einen Außenring, mehrere zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnete Rollkörper, insbesondere Rollen, sowie einen die Rollkörper aufnehmenden Käfig auf. Der Käfig hat eine Rollenanfederung, mit der die einzelnen Rollen in einer Sperrrichtung, d. h. in einer der beiden Umfangsrichtungen, angefedert werden, und ist von der Rollenanfederung auf den Rollkörpern getragen, so dass der Käfig der Rollenbewegung in Umfangsrichtung des Rollenfreilaufs folgt. Somit ist der Käfig auf den Rollkörpern schwimmend gelagert. Außerdem ist der Käfig durch eine Käfiganfederung in einer ersten Umfangsrichtung vorbelastet.
Somit können viele Rollen mit kleinem Rollkörperdurchmesser zwischen Innenring und Außenring aufgenommen werden, was bezüglich des Erreichens hoher Schaltfrequenzen bei gleichzeitig hohen Überholwegen vorteilhaft ist. Die Energie der Rollkörper am Punkt des außer Eingriff Kommens, die durch Reibung vernichtet werden muss, um eine Schwingung der Rollkörper zu dämpfen und sicherzustellen, dass die Rollkörper vor dem nächsten Spannvorgang wieder sicher und ruhig vor dem Klemmspalt liegen, wird minimal, so dass durch verhältnismäßig kleine und schwache Federn diese Energie gedämpft werden kann. Diese Rollenanfederung muss nicht die Anfederung des Käfigs und damit der Rollkörper Richtung Klemmspalt übernehmen oder trägt nur in begrenztem Maß dazu bei.
Durch die Verwendung vieler kleiner Rollkörper ist außerdem die Beanspruchung des Außenrings homogener, d. h. die einzelnen Kraftkomponenten, die lokal eingeleitet werden, sind geringer, was bezüglich Materialbeanspruchung günstig ist, so dass der Außenring mit geringerem Materialaufwand und leichter gestaltet werden kann, was wiederum zu niedrigeren dynamischen Kräften führt. Dadurch kann die Lagerung des Außenrings ebenfalls kleiner gehalten werden und somit Bauraum, Kosten und Gewicht eingespart werden.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Käfig ein ringförmiges Käfiggehäuseelement auf, das in Axialrichtung entlang seines Umfangs, vorzugsweise gleichmäßig beabstandet, Stegelemente hat. Zwischen den Stegelementen sind Aussparungen vorgesehen, in denen radial innen bezüglich des Käfiggehäuseelements die Rollkörper liegen. Dieses Käfiggehäuseelement ist vorzugsweise als Kunststoffspritzgussteil gebildet, so dass es gewichtsparend gebildet werden kann. Außerdem kann durch die Ausbildung als Kunststoffspritzgussbauteil die verhältnismäßig komplexe Form des Käfigs mit den Stegelementen verhältnismäßig einfach ausgebildet werden.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Rollenanfederung in das Käfiggehäuseelement eingesetzt und als in das Käfiggehäuseelement eingesetzter Ring gebildet. Dieser Ring kann geschlitzt sein, so dass er einfach innen in das Käfiggehäuseelement eingelegt werden kann und somit montiert werden kann, beispielsweise indem er beim Einsetzen zusammengedrückt wird und sich durch seine Elastizität nach dem Lösen der ihn zusammendrückenden Kraft aufweitet und gegen das Käfiggehäuseelement liegt. Die Rollenanfederung ist nach einer bevorzugten Ausführungsform als Blechteil, z. B. aus Federblech, gebildet, aus dem durch Stanzen oder Lasern oder eine ähnliche Bearbeitung Federsegmente ausgebildet werden. Diese Federsegmente können durch Umformen, wie beispielsweise Biegen, in eine geeignete Gestalt gebracht werden. Dabei ist die Gestalt der Federsegmente derart, dass sie im eingebauten und vorgespannten Zustand in günstigen Winkeln auf die Rollkörper wirken. Vorzugsweise liegen die Winkel zwischen 30° und 40°, wobei der Winkel betrachtet ist von der Orthogonalen auf den Außenring durch das Zentrum des Rollkörpers. Dies ergibt eine hohe Dämpfungswirkung.
Außerdem werden die Rollkörper durch diese Winkelwahl Richtung Innenring bzw. Innenstern gedrückt, was den Wirkungsgrad des Freilaufs während der Überholphase steigert.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Federsegmente der Rollenanfederung so gestaltet, dass sie mit einem ersten Teil, beispielsweise einem ersten Schenkel, auf einen ersten Rollkörper einwirken und mit einem zweiten Teil, beispielsweise einem zweiten Schenkel, auf einen zum ersten Rollkörper benachbarten Rollkörper einwirken. Beispielsweise können die Federsegmente als S-förmige Blattfeder gebildet sein. Eine derartige Ausgestaltung bewirkt, dass eine Wirkverbindung zwischen zwei benachbarten Rollkörpern entsteht. Kommt es zu einer Rückverlagerung des Rollkörpers aus dem Klemmspalt, so dreht oder schwenkt die Feder um einen Kontaktpunkt und verstärkt die auf den zweiten Rollkörper wirkende Kraft, d. h. Reaktionskraft.
Beispielsweise können die Federsegmente derart gestaltet sein, dass sie um einen Kontaktpunkt zum Käfiggehäuseelement, beispielsweise einen zugeordneten Steg, verschwenken. Die Ausgestaltung der Federsegmente derart, dass jeweils zwei benachbarte Federsegmente auf einen Rollkörper einwirken, hat zudem den Vorteil, dass bei umschaltbaren Freiläufen jeweils ein Federsegmentteil den Rollkörper Richtung Klemmspalt drücken kann und somit die Käfiganfederung in der gewählten Blockierrichtung unterstützt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Federsegmente derart mit dem Käfiggehäuseelement verbunden, dass bei maximaler Auslenkung der Rollkörper das Federsegment an ein Stegelement des Käfiggehäuseelements anschlägt und somit zu große Federwege bzw. Rollkörperwege vermeidet. Solche übermäßigen Federwege könnten beispielsweise bei stoßartiger Belastung auftreten. Durch das Anschlagen der Federsegmente an einen Bereich des Käfiggehäuseelements kann somit eine plastische Verformung der Federsegmente und damit ein Versagen des Freilaufs vermieden werden.
Die Käfiganfederung weist vorzugsweise ein Federelement auf, das mit dem Käfig und dem Innenring derart verbunden ist, dass es den Käfig in einer Umfangsrichtung vorbelastet. Dazu können beispielsweise an den Seiten des Käfiggehäuseteils zwei Ringe vorgesehen sein, die als geschlitzte Ringe gebildet sind, um ihre Montage zu vereinfachen. Die Ringe sind beispielsweise aus Federstahl und können somit ähnlich einem Sicherungsring von innen in das Käfiggehäuseteil eingesetzt werden. Das Käfiggehäuseelement kann dazu mit einem Profil versehen sein, zu dem die Ringe ein Gegenprofil haben. Dadurch können die Ringe formschlüssig mit dem Käfiggehäuseelement, insbesondere in Umfangsrichtung drehfest, verbunden werden. Die Ringe können ferner so gestaltet sein, dass sie die Rollenanfederung radial nach innen und gegebenenfalls axial fixieren, so dass eine gleichmäßige Anpressung der Rollkörper sichergestellt ist. In den Ringen sind Bohrungen vorgesehen, in die jeweils ein Ende eines Federelements, insbesondere und vorteilhafterweise eine Schenkelfeder gesteckt ist, deren anderes Ende am Innenring festgelegt ist. Die Verwendung von Ringen ermöglicht es, das Käfiggehäuseelement aus kostengünstigeren Materialien, z. B. als Spritzgussteil, zu bilden, und nur die Ringe, an denen die Käfiganfederung festgelegt ist, aus härterem, verschleißfesten Material zu bilden. Es ist aber auch möglich bei entsprechender Gestaltung des Käfiggehäuseelements die Ringe wegzulassen und die Käfiganfederung am Käfiggehäuseelement vorzusehen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind je Seite des Käfigs in axialer Richtung gleichmäßig mehrere Federelemente für die Käfiganfederung vorgesehen, d. h. an beiden axialen Seiten jeweils korrespondierende Federelemente, wobei in Umfangsrichtung ebenfalls mehrere Federelemente verteilt sein können. Beispielsweise können auf jeder Seite drei Federelemente vorgesehen sein. Diese Federelemente, die vorzugsweise als Schenkelfedern gebildet sind, federn den Käfig in einer Sperrrichtung, die bei einem Kurbel-CVT-Getriebe insbesondere die Vorwärtsrichtung ist, an.
Die Federelemente sind stets gespannt und erzeugen somit in ihrer Summe ein Drehmoment auf den Käfig.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Dämpfungseinrichtung für die Käfigbewegung vorgesehen. Dadurch kann in der Dämpfungseinrichtung eine gegen die Käfigverlagerung wirkende Kraft aufgebaut werden und Energie, beispielsweise Schwingungsenergie des Käfigs, in Form von beispielsweise Reibung in der Dämpfungseinrichtung abgebaut werden. Die Dämpfungseinrichtung kann beispielsweise eine Dämpfungsfeder aufweisen, so dass die Energie in Form von Reibenergie einzelner Federwindungen oder Lagen gegeneinander abgebaut werden kann. Außerdem ist ein Anschlag für die Dämpfungseinrichtung vorgesehen, so dass gleichzeitig ein Endanschlag gegenüber der Verlagerung des Käfigs gebildet ist. Dadurch kann vermieden werden, dass der Rollkörper auf die Gegenkontur des Freilaufs gelangt, wodurch Sperrvorgänge hervorgerufen werden könnten.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform enthält die Dämpfungseinrichtung einen Dämpfungsbügel, der mit einer Dämpfungsfeder zusammenwirkt. Der Dämpfungsbügel gelangt bzw. ist gegen einen am Käfig vorgesehenen Anschlag in Anlage, wenn der Käfig in einen Dämpfungsbereich gelangt bzw. ist. Damit wirkt ein Bereich, z. B. Endbereich, des Dämpfungsbügels gegen die Dämpfungsfeder und kann Energie durch Reibung abbauen.
Der Dämpfungsbügel ist vorteilhaft an einem bezüglich des Innenrings des Rollenfreilaufs drehbar angeordneten Zentralzahnrad gelagert, das mit einem Verstellzahnrad zum Verstellen der Freilaufrichtung bzw. Blockierrichtung bei umschaltbaren Freiläufen und/oder zum Ein- bzw. Ausschalten der Dämpfungsfunktion kämmt. Durch Drehen des Zentralzahnrads mittels des Verstellzahnrads kann der Dämpfungsbügel verlagert werden und aus einem Anschlagbereich gegen den am Käfig vorgesehenen Anschlag gebracht werden, so dass dann keine Dämpfung vorgesehen wird.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform sind mehrere Dämpfungseinrichtungen in Umfangsrichtung um den Rollenfreilauf vorgesehen, beispielsweise drei Dämpfungseinrichtungen, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt, z. B. um 120° versetzt, sind.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Rollenfreilauf eine Umschalteinrichtung, mit der eine Blockierrichtung des Freilaufs umkehrbar ist und somit ein umschaltbarer Freilauf vorgesehen wird, mit dem neben einer Blockierung in Vorwärtsfahrtrichtung auch eine Rückwärtsrichtung, d. h. Rückwärtsgang, realisiert werden kann.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die Umschalteinrichtung eine Käfigrückwärtsanfederung auf, die zum Anfedern des Käfigs in einer Umfangsrichtung entgegengesetzt zu einer Anfederungsrichtung der Käfiganfederung wirkt. Außerdem ist ein Umschaltmechanismus vorgesehen, mit dem die Käfigrückwärtsanfederung gespannt werden kann. Die Käfigrückwärtsanfederung kann im Wesentlichen ähnlich der Käfiganfederung gestaltet sein, wobei jedoch die Rückwärtsfederelemente im Normalzustand nicht gespannt sind und somit im Wesentlichen kein Drehmoment auf den Käfig aufbringen. Sie können durch Spannen mittels des Umschaltmechanismus gespannt werden und haben dann eine Spannkraft, mit der sie ein größeres Drehmoment in einer zweiten Umfangsrichtung entgegengesetzt zur ersten Umfangsrichtung, in der die Federelemente in der ersten Umfangsrichtung ein Drehmoment aufbringen, aufweisen. Somit ist das resultierende Drehmoment durch die gespannten Rückwärtsfederelemente und die Federelemente in Rückwärtsrichtung, d. h. der zweiten Umfangsrichtung gerichtet. Dadurch wird der Käfig in entgegengesetzter Richtung verlagert und der Außenring und der Innenring blockieren in einer zweiten Drehrichtung (Rückwärtsrichtung), wodurch z. B. bei einem Kurbel-CVT-Getriebe ein Rückwärtsgang realisiert werden kann.
Die Rückwärtsfederelemente können beispielsweise durch spannbare Schenkelfedern gebildet sein, die an einem Ende mit dem Käfig verbunden sind und an ihrem anderen Ende mit einem Federspannzahnrad verbunden sind, das durch beispielsweise das gleiche Zentralzahnrad gedreht werden kann und mit diesem kämmt, mit dem die Dämpfungseinrichtung zusammenwirkt. Das Zentralzahnrad kann beispielsweise mit einem Verstellzahnrad kämmen, wobei, wenn mehrere Rollenfreiläufe in axialer Richtung hintereinander vorgesehen sind, das Verstellzahnrad bzw. eine Verstellwelle mit mehreren Verstellzahnrädern gemeinsam für axial hintereinander liegende Verstellzahnräder verwendet werden kann. Sind in Umfangsrichtung mehrere Umschalteinrichtungen vorgesehen, beispielsweise drei, so können mehrere Verstellwellen auf die einzelnen Verstellzahnräder einwirken, die am Ende (in axialer Richtung) der Freiläufe über einen Getriebemechanismus, beispielsweise einen Planetensatz, zusammengefasst sind und somit gemeinsam verdreht werden. So ist es möglich, mit nur einem Verstellmotor, insbesondere Elektromotor, einen Freilauf oder die ganze Freilaufkette umzuschalten. Die Verstellwelle kann nur über deren Zahnköpfe oder zusätzlich durch Gleit- oder Wälzlager am Innenring gelagert sein.
Die durch die Zähnezahl der Verstellwelle und des Zentralzahnrads definierte Übersetzung ist vorteilhafterweise größer als 1. Dadurch ist das Drehmoment am Zentralzahnrad größer als das an der Verstellwelle. Die Übersetzung zwischen dem Zentralzahnrad und dem Federspannzahnrad ist vorzugsweise kleiner als 1. Dadurch kann am Federspannzahnrad mehr Drehwinkel als am Zentralzahnrad bei einer Verdrehung erzeugt werden.
Zur Lagerung des Umschaltmechanismus sind vorzugsweise am Innenring Vertiefungen und Bohrungen vorgesehen, wobei diese vorteilhafterweise so angeordnet sind, dass die radiale Steifigkeit des Innenrings möglichst wenig beeinflusst wird. Beispielsweise hat dieser im Bereich der Aufnahmen für den Umschaltmechanismus den Querschnitt (bei einem Schnitt in axialer Richtung durch den Freilauf) eines Doppel-Ts. Der Umschaltmechanismus kann ferner vorteilhafterweise derart gestaltet sein, dass in Axialrichtung, d. h. bezüglich einer Ebene senkrecht zur Achse der Abtriebswelle, eine symmetrische Anordnung erreicht wird. Jeweils zwei Zentralzahnräder bzw. Verstellzahnräder können dazu auf einem Zapfen gelagert sein, der im Innenring gelagert ist (eines an jedem Ende in axialer Richtung des Freilaufs). Die Verbindungen der Zahnräder zum Zapfen können durch Presssitze einfach und kostengünstig erzielt werden.
Auch die Dämpfungseinrichtung ist vorzugsweise symmetrisch bezüglich der Axialrichtung, d. h. symmetrisch zu einer Ebene senkrecht zur Achse der Abtriebswelle, am Innenring gelagert, wobei zugeordnete Dämpfungsbügel im Kontaktbereich zur Dämpfungsfeder miteinander verbunden sein können.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, in denen:
1 einen Querschnitt in axialer Richtung durch einen erfindungsgemäßen Freilauf zeigt;
2 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Freilauf zeigt;
3 einen Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Freilauf in perspektivischer Ansicht zeigt;
4 ein Käfiggehäuseelement des Freilaufs in perspektivischer Ansicht zeigt;
5 eine Rollenanfederung zum Einsetzen in das in 4 gezeigte Käfiggehäuseelement zeigt;
6 eine Detailansicht in geschnittener Draufsicht auf den Spalt für die Rollkörper ist; und
7 eine Dämpfungsfeder zeigt.
In den beigefügten Figuren ist ein erfindungsgemäßer Rollenfreilauf 10 gezeigt. Der Rollenfreilauf weist einen Außenring 12 und einen Innenring 14 auf. An der Außenumfangsfläche des Innenrings 14 ist ein polygonartiges Profil 15 (siehe 6) gebildet. Der Innenring 14 ist entweder einstückig mit der Abtriebswelle eines Kurbel-CVT-Getriebes (nicht dargestellt) ausgebildet oder aber weist ein beispielsweise Nutfederprofil 16 auf, so dass er mit der Abtriebswelle des Getriebes (nicht dargestellt) drehfest verbunden ist. Alternativ kann der Innenring 14 ein Stück (in axialer Richtung) der Abtriebswelle formen.
Zwischen dem Innenring 14 und dem Außenring 12 sind mehrere Rollkörper 18, insbesondere Rollen eingebracht. Die Rollkörper 18 weisen einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser auf, so dass entlang des Umfangs des Innenrings 14 viele einzelne Rollkörper 18 vorgesehen werden können. Die Rollkörper 18 sind in einen Käfig 20 eingesetzt, der ein Käfiggehäuseelement 21 und eine Rollenanfederung 26 sowie gegebenenfalls seitliche Ringe aufweist. Das Käfiggehäuseelement 21 ist im Einzelnen in 4 gezeigt und ist vorzugsweise ein ringförmiges Spritzgussbauteil, das sich in Axialrichtung erstreckende Stegelemente 22 und zwischen den Stegelementen 22 gebildete Ausnehmungen 24 aufweist. In den Ausnehmungen 24 liegen innenseitig die Rollkörper 18, so dass sie durch die Ausnehmungen 24 hindurch an den Außenring 12 in Anlage gelangen können. Die Stegelemente 22 sind an ihrer den Rollkörpern 18 zugewandten Seite (Innenseite des Käfiggehäuseelements 21) prismaähnlich gestaltet und geformt, um die Rollkörper 18 führen zu können und einen Anschlag für Rollenanfederungen der einzelnen Rollkörper 18 zu bilden.
Eine Rollenanfederung 26, die im Einzelnen in 5 gezeigt ist, ist als ringförmiges Bauteil, vorzugsweise geschlitzt, gestaltet und wird in das Käfiggehäuseelement 21 eingesetzt (siehe 1). Die Rollenanfederung 26 ist als Blechteil gebildet, bei dem Bereiche ausgestanzt oder geschlitzt sind, und anschließend umgeformt, beispielsweise gebogen sind. Dadurch können beispielsweise S-artige Federsegmente 27 gebildet sein, die vorzugsweise symmet risch zueinander ausgebildet sind, wie in 5 gezeigt. Somit wirkt jeweils ein Schenkel 28 eines Federsegments 27 und ein Schenkel 29 eines benachbarten Federsegments 27 auf einen Rollkörper 18 (siehe 6).
Die Rollenanfederung 26 ist ferner derart in das Käfiggehäuseelement 21 eingesetzt, das bei einer Verschiebung eines Rollkörpers in Umfangsrichtung des Rollenfreilaufs 10 sich das Federsegment 27 um einen Kontaktpunkt des Federsegments 27 zum Stegelement 22 des Käfiggehäuseelements 21 dreht. Dadurch wird die Dämpfung der Rollkörper 18 verbessert, indem stets eine geeignete Kraft aufgebracht wird.
Die Schenkel 28, 29 der Federsegmente 27 wirken vorzugsweise unter einem Winkel zwischen 30° und 40° (von einer senkrechten auf den Außenring 12 durch das Zentrum des Rollkörpers 18 gemessen) auf den Rollkörper 18.
Wie in 5 und 6 erkennbar ist, sind die Federsegmente 27 symmetrisch zu ihrem Kontaktpunkt am Stegelement 22 des Käfiggehäuseelements 21 geformt und angeordnet.
Wie am besten 2 und 3 entnehmbar ist, enthält der Rollenfreilauf 10 weiter drei in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandete Schenkelfedern 31 als Federelemente, die eine Käfiganfederung 30 in Vorwärtsrichtung bilden. Die Schenkelfedern 31 sind gespannt und an ihrem einen Ende 32 mit dem Innenring 14 fest verbunden. An ihrem anderen Ende 33 sind sie am Käfiggehäuseelement 21 oder mit diesem drehfest und z. B. formschlüssig verbundenen seitlichen Ringen fest verbunden, so dass die Schenkelfedern 31 gemeinsam ein Drehmoment aufbringen, das das Käfiggehäuseelement 21 und damit den Käfig 20 in einer Umfangsrichtung vorbelastet.
Außerdem ist eine Umschalteinrichtung 40 vorgesehen, mit der die Blockierrichtung des Rollenfreilaufs 10 von einer ersten Umfangsrichtung in eine zweite Umfangsrichtung verändert werden kann. Die Umschalteinrichtung 40 enthält Umschalteinheiten mit einer Verstellwelle 42, die durch den Innenring 14 in axialer Richtung geführt ist. Die Verstellwelle 42 weist ein Verstellzahnrad 43 auf, das mit einem Zentralzahnrad 44, das drehbar am Innenring 14 gelagert ist, kämmt. Wie 1 entnehmbar ist, sind in axialer Richtung symmetrisch zwei Zentralzahnräder 44 vorgesehen, die auf einem gemeinsamen Schenkel 45 sitzen. In Umfangsrichtung um den Freilauf 10 sind drei solcher Umschalteinheiten der Umschalteinrichtung 40 vorgesehen. Der Schenkel 45 ist durch einen Doppel-T-förmigen Bereich (gesehen in einem Schnitt in Axialrichtung) des Innenrings 14 geführt und dort beispielsweise durch ein Gleitlager gelagert.
Mit dem Zentralzahnrad 44 kämmt jeweils ein Federspannzahnrad 46, an dem eine Schenkelfeder 48, die ein Rückwärtsfederelement bildet, angebracht ist. Durch Drehen des Federspannzahnrads 46 kann die Schenkelfeder 48 gespannt bzw. freigegeben, also entspannt werden. Die Schenkelfeder 48 ist an ihrem anderen Ende am Käfiggehäuseelement 21 fest angebracht.
Um die Schenkelfedern 31 und 48 sicher am Käfiggehäuseelement 21 anbringen zu können, kann in das Käfiggehäuseelement ein seitlicher Ring aus Federstahl eingebracht sein, wobei zwischen dem Käfiggehäuseelement 21 und diesem Ring bzw. diesen beidseitigen Ringen eine formschlüssige Verbindung bewirkt sein kann.
Wird das Verstellzahnrad 43 durch Drehen der Verstellwelle 42 gedreht, so dreht sich entsprechend das Zentralzahnrad 44 und das Federspannzahnrad 46, so dass je nach Drehrichtung die das Rückwärtsfederelement bildende Schenkelfeder 48 gespannt oder entspannt werden kann. Ist die Schenkelfeder 48 gespannt, so ist die Summe des durch die Rückwärtsfederelemente aufgebrachten Drehmoments in Rückwärtsrichtung größer als die Summe des durch die Schenkelfedern 31 als Federelemente aufgebrachten Drehmoments in Vorwärtsrichtung. Dies bewirkt eine Verlagerung des Käfigs in einer Rückwärtsrichtung, so dass sich der Käfig verschiebt und die Rollkörper 18 an der Kontur für die umgekehrte Sperrrichtung anliegen.
Außerdem ist am Zentralzahnrad 44 ein zu einer Dämpfungseinrichtung 50 zugeordneter Dämpfungsbügel 51 gelagert. Der Dämpfungsbügel 51 ist an seinem einen Ende in Anlage gegen Nasen 52 als Anschlag, die am Käfiggehäuseelement 21 gebildet sind. Bei einer Verdrehung des Zentralzahnrads 44 wird der Dämpfungsbügel 51 verlagert, so dass er aus dem Kontaktbereich mit den Nasen 52 gebracht werden kann bzw. in diesen hineingebracht werden kann. Das andere Ende des Dämpfungsbügels 51 wirkt auf eine Dämpfungsblattfeder 53 oder ein anderweitiges Dämpfungsfedersystem. In dieser Dämpfungsfeder 53 wird eine gegen die weitere Käfigverlagerung wirkende Kraft aufgebaut und Energie in Form von Reibung durch die Federwindungen oder Federlagen gegeneinander abgebaut. Die Dämpfungsfeder 53 ist schließlich gegen einen Endanschlag 54, der am Innenring 14 vorgesehen ist. Dadurch wird die Verlagerung des Käfigs 20 begrenzt. Ein Beispiel für eine Dämpfungsfeder 53 ist in 7 gezeigt.
Stößt bei einer entsprechenden Verlagerung des Käfigs 20 die daran vorgesehene Anschlagnase 52 gegen den Dämpfungsbügel 51, so wirkt der Dämpfungsbügel 51 auf die Dämpfungsfeder 53 und verhindert einerseits eine weitere Verlagerung des Käfigs 20 und baut Energie, insbesondere Schwingungsenergie, ab, so dass Käfig 20 und Rollkörper 18 wieder ruhig vor dem Klemmspalt bereit liegen.

10: Rollenfreilauf
12: Außenring
14: Innenring
15: polygonartiges Profil
16: Nutfederprofil
18: Rollkörper
20: Käfig
21: Käfiggehäuseelement
22: Stegelement
24: Ausnehmung
26: Rollenanfederung
27: Federsegment
28: Schenkel des Federsegments
29: Schenkel des Federsegments
30: Käfiganfederung
31: Schenkelfeder
32: Ende
33: Ende
40: Umschalteinrichtung
42: Verstellwelle
43: Verstellzahnrad
44: Zentralzahnrad
45: Schenkel
46: Federspannzahnrad
47: Käfigrückwärtsanfederung
48: Schenkelfeder
50: Dämpfungseinrichtung
51: Dämpfungsbügel
52: Nase
53: Dämpfungsfeder
54: Endanschlag

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1650071 A2 [0002, 0008]

Claims

Rollenfreilauf (10), enthaltend einen Innenring (14), einen Außenring (12), mehrere zwischen dem Innenring (14) und dem Außenring (12) angeordnete Rollkörper (18), sowie einen die Rollkörper (18) aufnehmenden Käfig (20), wobei der Käfig (20) eine Rollenanfederung (26) aufweist und der Käfig (20) von der Rollenanfederung (26) auf den Rollkörpern (18) getragen ist, dass er der Rollenbewegung in Umfangsrichtung des Rollenfreilaufs (10) folgt, wobei der Käfig (20) durch eine Käfiganfederung (30) in einer ersten Umfangsrichtung vorbelastet ist.
Rollenfreilauf (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (20) ein ringförmiges Käfiggehäuseelement (21) mit in Axialrichtung verlaufenden Stegelementen (22) aufweist, wobei zwischen den Stegelementen (22) Aussparungsbereiche (24) für die Rollkörper (18) in einer der Anzahl der Rollkörper (18) entsprechenden Zahl gebildet sind.
Rollenfreilauf (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Käfiggehäuseelement (21) als Kunststoff-Spritzgussteil gebildet ist.
Rollenfreilauf (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenanfederung (26) als in das Käfiggehäuseelement (21) eingesetzter Ring gestaltet ist.
Rollenfreilauf (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (26) als Blechteil gebildet ist, an dem Federsegmente (27) als Rollenanfederung (26) gebildet sind.
Rollenfreilauf (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federsegmente (27) gestaltet sind, mit einem ersten Teil (28) auf einen ersten Rollkörper (18) und mit einem zweiten Teil (29) auf einen zum ersten Rollkörper (18) benachbarten Rollkörper (18) einzuwirken.
Rollenfreilauf (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (28) eines Federsegments (27) und der zweite Teil (29) eines benachbarten Federsegments (27) symmetrisch auf einen in Umfangsrichtung dazwischen liegenden Rollkörper (18) einwirken.
Rollenfreilauf (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federsegmente (27) bei maximaler Auslenkung gegen ein Stegelement (22) des Käfiggehäuseelements (21) anschlagen.
Rollenfreilauf (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (26) geschlitzt ist.
Rollenfreilauf (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfiganfederung (30) ein Federelement (31) aufweist, das mit dem Käfig (20) und dem Innenring (14) derart verbunden ist, dass es den Käfig (20) in einer Umfangsrichtung vorbelastet.
Rollenfreilauf (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfiganfederung (30) mehrere gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte Federelemente (31) aufweist.
Rollenfreilauf (10) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfiganfederung (30) an beiden Seiten des Käfigs (20) in Axialrichtung ein oder mehrere Federelemente (31) aufweist.
Rollenfreilauf (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (31) als Schenkelfeder gestaltet ist.
Rollenfreilauf (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dämpfungseinrichtung (50) für die Käfigbewegung vorgesehen ist.
Rollenfreilauf (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (50) eine Dämpfungsfeder (53) aufweist.
Rollenfreilauf (10) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsfeder (53) mit einem Dämpfungsbügel (51) zusammenwirkt, der gestaltet ist, gegen einen am Käfig (20) vorgesehenen Anschlag (52) bei Positionierung des Käfigs (20) in einem Dämpfungsbereich in Anlage zu sein.
Rollenfreilauf (10) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsbügel (51) an einem bezüglich des Innenrings (14) drehbar angeordneten Zentralzahnrad (44) gelagert ist, das mit einem Verstellzahnrad (43) kämmt, wobei durch Verlage rung des Dämpfungsbügels (51) mittels des Zentralzahnrads (44) der Dämpfungsbügel (51) aus einem Anschlagbereich gegen den am Käfig (20) vorgesehenen Anschlag (52) zu bringen ist.
Rollenfreilauf (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umschalteinrichtung (40) vorgesehen ist, mit der eine Blockierrichtung des Freilaufs (10) umkehrbar ist.
Rollenfreilauf (10) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (40) eine Käfigrückwärtsanfederung (47) zum Anfedern des Käfigs in einer Umfangsrichtung entgegengesetzt zu einer Anfederungsrichtung der Käfiganfederung (30) und einen Umschaltmechanismus (43, 44, 46) zum Spannen der Käfigrückwärtsanfederung (47) aufweist.
Rollenfreilauf (10) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfigrückwärtsanfederung (47) ein Rückwärtsfederelement (48) aufweist.
Rollenfreilauf (10) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfigrückwärtsanfederung (47) mehrere gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte Rückwärtsfederelemente (48) aufweist.
Rollenfreilauf (10) nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfigrückwärtsanfederung (47) an beiden Seiten des Käfigs (20) in Axialrichtung ein oder mehrere Rückwärtsfederelemente (48) aufweist.
Rollenfreilauf (10) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das/die Rückwärtsfederelement(e) (48) im gespannten Zustand ein größeres Drehmoment in einer zweiten Umfangsrichtung entgegengesetzt zur ersten Umfangsrichtung auf den Käfig (20) aufbringen als das/die Federelemente (31) in der ersten Umfangsrichtung, und im nicht gespannten Zustand die Rückwärtsfederelemente (48) im Wesentlichen kein Drehmoment auf den Käfig (20) aufbringen.
Rollenfreilauf (10) nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (40) ein Federspannzahnrad (46) aufweist, an dem ein Rückwärtsfederelement (48) gelagert ist, so dass durch Drehen des Federspannzahnrads (46) das Rückwärtsfederelement (48) spannbar ist.
Rollenfreilauf (10) nach Anspruch 17 und Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Federspannzahnrad (46) mit dem Zentralzahnrad (44) kämmt, so dass durch Verstellen des Verstellzahnrads (43) eine erste oder zweite Blockierrichtung des Rollenfreilaufs (10) durch Veränderung der Drehmomentwirkrichtung auf den Käfig (20) wählbar ist.
Kurbel-CVT-Getriebe mit einem Rollenfreilauf (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.