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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Freilaufeinrichtung für
ein Getriebe, insbesondere für ein Kurbel-CVT eines Kraftfahrzeuges.
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Aus
der
DE 102 43 535
A1 geht ein stufenlos verstellbares Getriebe hervor, das
eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle umfasst, die parallel
zueinander in einem Getriebegehäuse verdrehbar gelagert ausgerichtet
sind. Die beiden Wellen sind über eine Exzentereinrichtung
der Antriebswelle und eine auf der Abtriebswelle angeordnete Freilaufeinrichtung sowie
eine die Exzentereinrichtung und die Freilaufeinrichtung verbindende
Verbindungseinrichtung miteinander verbunden. Die Exzentereinrichtung
besteht aus mehreren Exzentereinheiten, die axial nebeneinander
auf der Antriebswelle angeordnet sind. Die Freilaufeinrichtung besteht
aus mehreren Freilaufeinheiten, die auf der Abtriebswelle axial
nebeneinander angeordnet sind. Zur Bildung jeder Exzentereinheit
weist die Antriebswelle einen gegenüber ihrer Rotationsachse
exzentrisch versetzten Führungsbereich auf, auf dessen
Mantelfläche ein Exzenterbauteil verdrehbar gelagert ist.
Auf dem Exzenterbauteil ist bei der Ausgestaltung des stufenlosen
Getriebes als Kurbel-CVT (Continous Variable Transmission) wenigstens
eine Pleuelstange verdrehbar angeordnet.
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Durch
die Verdrehung einer in einer Ausnehmung der Antriebswelle angeordneten
Verstellwelle wird das Ausmaß der Exzentrizität
des Exzenterbauteils in Bezug auf die Rotationsachse der Antriebswelle
verändert.
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Die
auf der Abtriebswelle angeordneten Freilaufeinheiten besitzen jeweils
Klemmkörper, die zwischen einem durch einen Bereich der
Abtriebswelle gebildeten Innenring und einem Außenring
angeordnet sind, wobei die Flächen des Außenringes
und des Innenringes derart aufeinander abgestimmt sind, dass die
Klemmkörper in einer Relativverdrehrichtung zwischen Innenring
und Außenring diese Verdrehung blockieren können,
sodass der Außenring und der Innenring gemeinsam verdreht
werden. In der anderen Relativverdrehrichtung zwischen dem Außenring
und dem Innenring wird keine Sperrwirkung durch die Klemmkörper
bewirkt. Die einzelnen Klemmkörper werden in Sperrrichtung
beaufschlagt, was durch wenigstens ein Federelement erfolgen kann.
Die einzelnen Klemmkörper sind über wenigstens
einen Käfig in der Umfangsrichtung zueinander positioniert.
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Es
ist möglich, die Klemmwirkung der Klemmkörper
mit der Hilfe von Umschalteinheiten umschaltbar zu machen. Dabei
ist jede Umschalteinrichtung zwischen zwei benachbarten Klemmkörpern angeordnet.
Die Umschalteinheiten sind synchron betätigbar und besitzen
jeweils einen verdrehbaren scheibenförmigen Bereich sowie
einen profilierten Bereich, an dem eine Schenkelfeder angeordnet
ist. Diese Schenkelfeder ist verspannbar zwischen dem profilierten
Bereich und einem benachbarten Klemmkörper. Hierfür
besitzt die Schenkelfeder einen Schenkel, der einen Klemmkörper
in die entsprechende Sperrrichtung beaufschlagen kann. Die Schenkelfeder
und die profilierten Bereiche sind gegenüber der Rotationsachse
des scheibenförmigen Bereiches exzentrisch angeordnet,
sodass bei einer Rotation des scheibenförmigen Bereiches
eine umfangsmäßige Verlagerung des Federelementes
und der profilierten Bereiche stattfindet. Die scheibenförmigen
Bereiche sind in einem Trägerteil angeordnet. Bei einer
Verdrehung der scheibenförmigen Bereiche um ca. 180° ändert
sich die Verspannungsrichtung bzw. Kraftrichtung der Schenkelfeder
bzw. des genannten Schenkels derselben in Bezug auf die Klemmkörper.
Es ist erkennbar, dass derartige Umschalteinheiten im Hinblick auf
ihren mechanischen Aufbau, ihre Störanfälligkeit
bzw. Lebensdauer sowie ihre Herstellung problematisch sind.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine umschaltbare
Freilaufeinrichtung für ein Getriebe zu schaffen, die vergleichsweise aus
relativ wenig Teilen einfach aufgebaut ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine umschaltbare Freilaufeinrichtung für
ein Getriebe, insbesondere für ein Kurbel-CVT eines Kraftfahrzeuges,
mit wenigstens einer Freilaufeinheit gelöst, die einen
antreibbaren Außenring, einen Innenring in der Form einer
Abtriebswelle und dazwischen angeordnete, Klemmkörper aufweist.
Dabei weisen die Klemmkörper jeweils in axialer Richtung
voneinander beabstandet eine erste Nut und eine zweite Nut auf,
die in der Umfangsrichtung des Klemmkörpers sich überlappend gegeneinander
versetzt sind. Eine die Klemmkörper außenseitig
umgebende und radial in Richtung auf die Abtriebswelle vorspannende,
ringförmige Wurmfeder ist durch einen Schaltmechanismus
in axialer Richtung derart verschiebbar, dass sie entweder in die
erste Nut oder in die zweite Nut eingreift, wobei sich der Klemmkörper
derart verdreht, dass die von der Wurmfeder ausgeübte Aufstellkraft
an der einen oder anderen Seite der Längsachse verläuft.
Die Klemmkörper sind zur Erzeugung eines Aufstellmomentes
in der einen oder anderen Richtung jeweils zylindrisch ausgebildete
Rollelemente, die einen Querschnitt besitzen, der jeweils in der
Richtung jeder Nut einen vergleichsweise großen Durchmesser besitzt,
sodass dann, wenn sich die Wurmfeder in der ersten oder zweiten
Nut befindet, die zweite oder erste Nut zur Entfaltung einer Klemmkraft
zwi schen dem Außenring und der Abriebswelle in der einen
oder anderen Richtung ausgerichtet ist.
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Der
Grund der ersten Nut und der zweiten Nut verläuft zweckmäßigerweise
jeweils bogenförmig und ist so ausgestaltet, dass die durch
die Wurmfeder ausgeübten Aufstellmomente zur Umschaltung des
Freilaufes jeweils gleichmäßig über einen
kleinen Hebelarm erzeugt werden. Vorzugsweise ist der Grund der
ersten und zweiten Nut jeweils etwa kreisförmig ausgestaltet.
Die durch die Wurmfeder dagegen ausgeübte Kraft zur Erzeugung
einer Reibung zwischen den Klemmkörpern und der Abtriebsachse ist
dagegen groß.
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Die
Klemmkörper weisen bevorzugt mittige, in Richtung der Längsachse
axial vorstehende Zapfenteile auf, die jeweils drehbar in eine Ausnehmung
eines kreisringförmigen Trägerteiles eingreifen,
wobei die sich axial gegenüberliegenden Trägerteile
einen die Klemmkörper haltenden Käfig bilden, der
konzentrisch zur Abtriebswelle angeordnet ist. Die Ausnehmungen
sind in der Umfangsrichtung des Käfigs länglich
ausgebildet. Die Wurmfeder besitzt zur Aufbringung einer besonders
großen Reibungskraft zwischen den Klemmkörpern
und der Antriebswelle bzw. dem Innenring die Form einer dicht gewickelten
Spiralfeder. Sie ist konstruktiv besonders einfach in einer sich
zu den Klemmkörpern öffnenden ringförmigen
Nut am Innenumfang des Außenringes angeordnet, wobei die
radiale Abmessung der Nut des Außenringes größer
ist als der Durchmesser der Wurmfeder, sodass diese in der Nut radial
verlagert werden kann.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist
der Schaltmechanismus ein in einer axialen Ausnehmung der Abtriebswelle
axial verschiebbar angeordnetes Umschaltteil auf, an dem wenigstens
ein radial nach außen durch eine Aussparung der Antriebswelle
hindurch geführtes Stiftteil befestigt ist, das außenseitig
in einem kreisringförmigen Schaltteil angeordnet ist, das
bei einer axialen Verschiebung des Umschaltteiles seitlich auf die
Klemmkörper einwirkt, um diese axial zu verschieben. Dabei
weist die Aussparung der Abtriebswelle in axialer Richtung eine
größere Abmessung auf als das Stiftteil, derart,
dass sich die Wurmfeder dann, wenn das Stiftteil an einer Seite
der Aussparung anschlägt, in der ersten Nut, und dann,
wenn das Stiftteil an der anderen Seite der Aussparung anschlägt,
in der zweiten Nut befindet. Vorzugsweise handelt es sich bei dem
Umschaltteil um ein in der axialen Ausnehmung der Abtriebswelle
geführtes Umschaltrohr und besitzt das Schaltteil die Form
einer ringförmigen, die Abtriebswelle umgebenden Schalthülse.
Diese Ausführungsformen sind konstruktiv besonders einfach.
Die Schalthülse wirkt bei ihrer axialen Verschiebung über
geeignete Lageranordnungen auf die Trägerteile der die
Klemmkörper haltenden Käfige ein.
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Die
vorliegende Erfindung weist zur Realisierung einer bevorzugten Freilaufeinrichtung
auf der Abtriebswelle axial nebeneinander mehrere, ein Freilaufpaket
bildende Freilaufeinheiten auf, die axial auf der Abtriebswelle
durch wenigstens ein Stiftteil verschiebbar sind. Dabei können
auf der Abtriebswelle axial nebeneinander auch mehrere Freilaufpakete angeordnet
sein. Die vorliegende Freilaufeinrichtung kann Teil eines Kurbel-CVT-Getriebes
sein, wobei der Außenring jeder Freilaufeinheit in an sich
bekannter Weise drehfest mit einem Pleuelteil verbunden ist.
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Im
Folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang
mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 in
einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße
Freilaufeinrichtung, wobei auf einer Abtriebswelle eines Getriebes
axial nebeneinander drei Freilaufeinheiten angeordnet sind und wobei
der Freilauf in die eine Richtung geschaltet ist;
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2 die
Freilaufeinrichtung der 1 im Moment des Umschaltens
des Freilaufes in die andere Richtung;
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3 die
in die andere Richtung umgeschaltete Freilaufeinrichtung der 1;
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4 in
perspektivischer Darstellung einen Klemmkörper der vorliegenden
Freilaufeinrichtung;
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5 und 6 Darstellungen
zur Erläuterung der Hebelverhältnisse in den beiden
Richtungen;
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7 eine
Weiterbildung der Erfindung.
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Gemäß 1 umfasst
die erfindungsgemäße Freilaufeinrichtung im Wesentlichen
eine um eine Rotationsachse drehbare Abtriebswelle 1, auf
der axial nebeneinander mehrere Freilaufeinheiten 2 angeordnet
sind. Jede Freilaufeinheit 2 umfasst im Wesentlichen einen
Außenring 3, auf dem in an sich bekannter Weise
ein Pleuelteil 4 angeordnet ist, das mit dem Außenring 3 drehfest
in Verbindung steht.
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Der
eigentliche Freilauf jeder Freilaufeinheit 2 wird durch
einen entsprechenden Bereich der als Innenring dienenden Abtriebswelle 1,
dem Außenring 3, zwischen dem Außenring 3 und
der Abtriebswelle 1 vorzugsweise in einem Käfig
angeordnete Klemmkörper 5 und eine Wurmfeder 6 gebildet.
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In
der ersichtlichen Weise ist die Wurmfeder 6 in einer sich
zum Klemmkörper 5 hin öffnenden, radial
verlaufenden länglichen Nut 7 des Außenringes 3 enthalten
und so bemessen, dass sie aufgrund ihrer Federkraft gegen den Außenumfang
des Klemmkörpers 5 gezogen wird, bzw. drückt.
Die eigentliche Funktion der Wurmfeder 6 wird später
näher erläutert.
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Bei
der sogenannten Wurmfeder 6 handelt es sich um eine sehr
eng gewickelte ringförmige Spiralfeder, die um den gesamten
Außenumfang der Klemmkörper 5 einer Freilaufeinheit 2 herum
verläuft. Die Wurmfeder 6 erzeugt eine große
Kraft zur Erzeugung einer großen Reibung zwischen dem Klemmkörper 5 und
der Antriebswelle 1, die vorzugsweise den Innenring des
Freilaufes bildet.
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Die
Klemmkörper 5 besitzen gemäß 4 die
Form von zylindrischen Rollen, die an ihren Umfang zwei gegeneinander
axial versetzte Nuten 8, 9 aufweisen. Dabei sind
die Nuten 8 und 9 auch in Umfangsrichtung des
Klemmkörpers 5 gegeneinander versetzt angeordnet.
Die Nuten 8 und 9 besitzen zumindest an den einander
zugewandten Seiten schräge Seitenflächen 10, 11,
damit die in ihnen enthaltene Wurmfeder 6 beim Umschalten
relativ leicht aus den Nuten 8, 9 heraustreten
kann.
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Die
Klemmkörper 5 besitzen jeweils einen Querschnitt,
der in der Richtung jeder Nut 8, 9 einen großen
Durchmesser 27, bzw. 28 aufweist, sodass dann,
wenn sich die Wurmfeder 6 in der ersten Nut 8 oder
in der zweiten Nut 9 befindet, die zweite Nut 9 oder
die erste Nut 8 zur Entfaltung ihrer Klemmkraft zwischen
dem Außenring 3 und der Antriebswelle 1 in
der einen oder anderen Richtung ausgerichtet ist. Die Nuten 8, 9 sind
dabei so über den Querschnitt der Klemmkörper 5 verteilt,
dass sie sich in der Umfangsrichtung überlappen.
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In
der durch die Linie 12 angedeuteten Weise verläuft
die Wurmfeder 6 im Beispiel der 4 durch
die Nut 8. Wenn die Wurmfeder 6 durch einen entsprechenden
Umschaltmechanismus, der nachfolgend näher erläutert
wird, in der Richtung des Pfeiles 13 axial bewegt wird,
gleitet sie über die schräge Fläche 10 aus
der Nut 8 heraus und schnappt nachfolgend in die Nut 9 ein.
Da die Nuten 8 und 9 in Umfangsrichtung gegeneinander
versetzt sind, dreht sich bei diesem Vorgang der Klemmkörper 5 in
der Richtung des Pfeiles 14 um den Anlagepunkt an der Abtriebswelle 1.
Umgekehrt verdreht sich der Klemmkörper 5 entgegen
der Richtung des Pfeils 14, wenn die Wurmfeder 6 aus
de Nut 9 über die schräge Fläche 11 in
die Nut 8 bewegt wird (6).
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Gemäß 5,
die eine Seitenansicht eines Schnittes durch die Nut 8 zeigt,
drückt in einer stabilen Lage die Kraft der Wurmfeder 6 in
der Richtung des Pfeiles 16 radial nach unten in Richtung
auf die Abtriebswelle 1, wobei die Nut 8 so bemessen
ist, dass die Kraft der Wurmfeder 6 in der 5 rechts außerhalb
der Längsachse 15 wirkt, sodass der Klemmkörper 5 in
der Richtung des Pfeiles 17 nach rechts verdreht wird.
Der Freilauf ist in die Vorwärtsrichtung geschaltet.
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Wenn
die Wurmfeder 6 gemäß 6 axial
in Richtung auf die Nut 9 verschoben wird, wirkt die Kraft
der Wurmfeder 6 wieder in Richtung des Pfeiles 16,
wobei jedoch die Nut 9 so beschaffen ist, dass beim Einschnappen
der Wurmfeder 6 in die Nut 9, die von der Wurmfeder 6 in
Richtung des Pfeiles 16 zur Abtriebswelle 1 ausgeübte
Kraft über die Längsachse 15 des Klemmkörpers 5 nach
links verlagert ist, sodass sie entlang einer Linie links von der
Längsachse 15 wirkt, weshalb der Klemmkörper 5 in
der Richtung des Pfeiles 18 nach links gedreht wird. Der Freilauf
ist in die Rückwärtsrichtung geschaltet.
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Anders
ausgedrückt ist der Freilauf durch die sich beim Verschieben
der Wurmfeder 6 zwischen den Nuten 8 und 9 ändernden
Aufstellmomente in Folge der veränderten Hebelverhältnisse
umschaltbar. Von Bedeutung ist es dabei, dass die von der Wurmfeder
aufgebrachte Kraft relativ groß ist, sodass auch die Reibung
zwischen den Klemmkörpern 5 und der Abtriebswelle 1 groß ist.
Da aber die Hebelwirkung bei der Verdrehung der Klemmkörper 5 an der
Abtriebswelle 1 relativ klein ist, ist auch die Kraft zum
Aufstellen der Klemmkörper 5 zum Klemmen relativ
klein, was für den Wirkungsgrad des Freilaufes äußerst
vorteilhaft ist.
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Im
Folgenden wird nun im Zusammenhang mit den 1 bis 3 der
Mechanismus zum Verschieben der Wurmfedern 6 näher
erläutert. In der Abtriebswelle 1 befindet sich
ein Umschaltrohr 19, von dem aus Stiftteile 20 radial
nach außen durch eine Ausnehmung 21 der Abtriebswelle 1 hindurchragen.
Vorzugsweise enden die Stiftteile 20 außenseitig
in einer auf dem Außenumfang der Abtriebswelle 1 angeordneten
kreisringförmigen Schalthülse 22, die
auf der Abtriebswelle 1 axial verschieblich angeordnet
ist. Die Aussparung 21 ist in axialer Richtung gesehen
breiter bemessen als diejenige des Stiftteiles 20. Auf
diese Weise kann das Stiftteil 20 beim Verschieben des
Umschaltrohres 19 in der Richtung des Pfeiles 23 axial
verschoben werden. Dabei sind die axialen Breiten so bemessen, dass
das Stiftteil 20 an einer axialen Seite der Aussparung 21 anschlägt, wenn
sich die Wurmfeder 6 in der Nut 8 oder in der Nut 9 befindet.
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Beispielsweise
sind gemäß 1 drei Freilaufeinheiten 2 nebeneinander
auf der Abtriebswelle 1 angeordnet, wobei an wenigstens
einer Außenseite der äußeren Freilaufeinheiten 2 eine
Schalthülse 22 angeordnet ist.
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Vorzugsweise
enden die radial inneren Endbereiche der Stiftteile 20 in Öffnungen 24 des
Umschaltrohres 19.
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Zur
Umschaltung des aus den drei Freilaufeinheiten 2 der 1 bestehenden
Freilaufpaketes aus der in der 1 dargestellten
Position, in der die Wurmfeder 6 in die Nut 8 des
Klemmkörpers 5 eingreift, wird gemäß 2 das
Umschaltrohr 19 in der Richtung des Pfeiles 23 nach
links bewegt. Dabei wird die Wurmfeder 6 jeweils aus der
ihr zugeordneten Nut 8 herausgehoben, wobei sie sich in
der Nut 7 radial nach außen bewegt, um anschließend
gemäß 3 in die Nut 9 des
Klemmkörpers 5 einzugreifen. Dabei bewegt sich
die Wurmfeder 6 in der ersichtlichen Weise in der Nut 7 radial
nach innen.
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Die 7 zeigt
eine der 3 entsprechende Anordnung mit
zwei Freilaufpaketen, die jeweils aus drei Freilaufeinheiten 2 bestehen
und über ein Umschaltrohr 19 geschaltet werden,
das drei Stiftteile 20 umfasst, von denen zwei außerhalb
der beiden Freilaufpakete zur axialen Festlegung der Freilaufpakete
angeordnet sind. Ein Stiftteil 20 greift in ein Hülsenteil 22 ein,
das zwischen den beiden Freilaufpaketen angeordnet ist. Einzelheiten
der 7, die bereits im Zusammenhang mit den 1 bis 3 erläutert
wurden sind in der entsprechenden Weise bezeichnet.
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- 1
- Abtriebswelle
- 2
- Freilaufeinheit
- 3
- Außenring
- 4
- Pleuelteil
- 5
- Klemmkörper
- 6
- Wurmfeder
- 7
- Nut
- 8
- Nut
- 9
- Nut
- 10
- Seitenfläche
- 11
- Seitenfläche
- 12
- Linie
- 13
- Pfeil
- 14
- Pfeil
- 15
- Längsachse
- 16
- Pfeil
- 17
- Pfeil
- 18
- Pfeil
- 19
- Umschaltrohr
- 20
- Stiftteil
- 21
- Aussparung
- 22
- Schalthülse
- 23
- Pfeil
- 24
- Öffnung
- 25
- Ausnehmung
- 26
- Zapfenteil
- 27
- Durchmesser
- 28
- Durchmesser
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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