-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Freilaufanordnung für
ein Getriebe, insbesondere für ein Kurbel-CVT eines Kraftfahrzeuges.
-
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 Antriebswelle und die Abtriebswelle sind über
eine Exzentereinrichtung der Antriebswelle und eine an der Abtriebswelle
angeordnete Freilaufanordnung sowie eine die Exzentereinrichtung
die Freilaufanordnung verbindende Kurbelmechanik 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 (Continuous variable transmission) wenigstens
eine Pleuelstange verdrehbar angeordnet. Durch die Verdrehung einer
in einer Ausnehmung der Antriebswelle angeordneten Verstellwelle,
wird das Ausmaß der Exzentrizität des Exzenterbauteiles
in Bezug auf die Rotationsachse der Antriebswelle verändert.
-
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 sie
Klemmspalte bilden, in denen die Klemmkörper in einer Relativverdrehrichtung
zwischen Innenring und Außenring diese Verdrehung blockieren können,
sodass der Innenring und der Außenring 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.
-
Üblicherweise
werden die Klemmkörper einer Freilaufeinheit mit einer
Kraft in den Klemmspalt gedrückt, die der 10 bis 50-fachen
Gewichtskraft der Klemmkörper entspricht. Diese Feder kraft
drückt die Klemmkörper permanent gegen den Außenring
und erzeugt dort Reibungsverluste während des Überholens.
Die dabei erzeugte Reibkraft ist notwendig, weil sie im Augenblick
des Überholens die einzige Kraft ist, die die Klemmkörper
in die Klemmspalte zieht. Als Klemmkörper werden vorzugsweise
Klemmrollen verwendet.
-
Beim
Kurbelgetriebe erfährt der Außenring im Augenblick
des Greifens eine durch die eingangs erwähnte Kurbelmechanik,
die z. B. durch Pleuelstangen gebildet wird, ausgeprägte
Beschleunigung. Um diese Beschleunigung bei einer vorgegebenen Rollenmasse
für die Klemmrollen zu erzielen, muss eine möglichst
hohe Kraft herrschen, damit die Rutschzeit und damit die Zeitverzögerung,
bis die Klemmrollen richtig greifen, möglichst kurz wird.
Daraus ergibt sich, dass je nach Beschleunigung des Außenringes
beim Greifen eine Kraft aufgebracht werden muss, die etwa der 10
bis 50-fachen Gewichtskraft der Klemmkörper entspricht.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Freilaufanordnung
zu schaffen, bei der die Rutschzeit und somit die Zeitverzögerung
bis zum richtigen bzw. effektiven Greifen der Klemmkörper
in den Klemmspalten zwischen Außenring und Innenring auch
bei einer relativ kleinen Kraftausübung auf die Klemmkörper
möglichst kurz ist.
-
Diese
Aufgabe wird durch eine Freilaufanordnung, insbesondere zur Anwendung
im Zusammenhang mit einem Kurbel-CVT, mit einem Innenring, einem
Außenring und einem zwischen dem Außenring und
dem Innenring angeordneten ringförmigen Käfig
in dem Klemmkörper gehalten sind (Hauptfreilauf), gelöst,
wobei die Klemmkörper bei einer Relativverdrehung des Außenringes
in Bezug auf den Innenring in der einen Richtung jeweils in einen
zwischen dem Innenring und dem Außenring ausgebildeten
Klemmspalt hinein bewegbar und bei einer Relativbewegung des Außenringes
in Bezug auf den Innenring in der anderen Richtung aus dem Klemmspalt
heraus bewegbar sind. Es ist erfindungsgemäß ein
Vorschaltfreilauf vorgesehen, dessen Klemmkörper bei einer
Relativbewegung zwischen dem Außenring und dem Innenring
in der einen Richtung in einen zwischen dem Käfig und dem
Außenring ausgebildeten weiteren Klemmspalt hinein bewegbar und
bei einer Relativbewegung zwischen dem Außenring und dem
Innenring in der anderen Richtung aus dem weiteren Klemmspalt heraus
bewegbar sind. Dabei werden die weiteren Klemmkörper des Vorschaltfreilaufes
jeweils durch einen Energiespeicher in Richtung auf den weiteren
Klemmspalt vorgespannt. Die weiteren Klemmkörper besitzen
ein kleineres Gewicht als die Klemmkörper.
-
Der
wesentlichen Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
dem eigentlichen Freilauf, der durch die Klemmkörper in
den Klemmspalten zwischen dem Außenring und dem Innenring
gebildet wird, ein Vorschaltfreilauf vorgeschaltet wird, der ausschließlich
den Zweck hat, die Beschleunigungskraft für die Klemmkörper
des Hauptfreilaufes zu erzeugen. Dieser Vorschaltfreilauf wird durch
vergleichsweise kleine Klemmkörper zwischen dem Käfig
und dem Außenring gebildet. Der Vorschaltfreilauf kann
dabei in seiner Momentenkapazität um ein Vielfaches kleiner
sein, als der Freilauf. Es gelten für den Vorschaltfreilauf
zwar dieselben, oben erwähnten Regeln mit der 10 bis 50-fachen
Gewichtskraft, diese ist aber entsprechend der kleineren Masse der Klemmkörper
des Vorschaltfreilaufes um ein Vielfaches kleiner als diejenige
des Hauptfreilaufes. Daher entsprechen die Verluste auch nur einem
Bruchteil eines bekannten normalen Freilaufes ohne Vorschaltfreilauf.
-
Da
bei Kurbelgetrieben die Hauptverlustquellen in den Überhohlverlusten
des Freilaufes zu sehen sind, kann durch die vorliegende Erfindung
der Gesamtwirkungsgrad durch den Vorschaltfreilauf deutlich verbessert
werden.
-
Bei
einer bevorzugten und einfachen Ausgestaltungen der Erfindung weist
der Energiespeicher die Form einer Druckfeder auf, deren eine Seite
sich an dem Klemmkörper des Vorschaltfreilaufes und deren
andere Seite sich an dem Käfig abstützen. Dabei ist
die andere Seite der Druckfeder konstruktiv besonders vorteilhaft
in einer Sackbohrung des Käfigs angeordnet. Die Sackbohrung
kann dabei in einem in den Raum zwischen dem Außenring
und dem Käfig hinein ragenden Teilbereich des Käfigs
angeordnet sein. Der Käfig und der Teilbereich können
daher einstückig hergestellt werden.
-
Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der
Käfig durch einen weiteren, dämpfenden Energiespeicher
gegenüber dem Innenring abgefedert sein. Der weitere Energiespeicher
weist dabei vorteilhaft die Form einer weiteren Druckfeder auf,
deren eine Seite sich an dem Käfig und deren andere Seite
sich an dem Innenring abstützen. Konstruktiv besonders
einfach stützen sich dabei die eine Seite der weiteren
Druckfeder in einer Sackbohrung des Innenringes und die andere Seite der
weiteren Druckfeder in einer Sackbohrung des Käfigs ab.
Die Sackbohrung des Käfigs kann in einem Teilbereich des
Käfigs angeordnet sein, der sich in den Raum zwischen dem
Käfig und dem Innenring hineinerstreckt. Dieser Teilbereich
des Käfigs kann einstückig mit dem Käfig
ausgebildet sein. Die Sackbohrung des Innenrings kann in einem Teilbereich des
Innenringes angeordnet sein, der sich in den Raum zwischen dem Käfig
und dem Innenring hineinerstreckt. Dieser Teilbereich des Innenringes
kann einstückig mit dem Innenring ausgebildet sein.
-
Besonders
vorteilhaft weisen die Klemmkörper des Hauptfreilaufes
und/oder die Klemmkörper des Vorschaltfreilaufes die Form
von Klemmrollen auf. Das Verhältnis zwischen der Anzahl
der Klemmkörper des Hauptfreilaufes und der Anzahl der Klemmkörper
des Vorschaltfreilaufes kann, je nach Anforderung, beliebig gewählt
werden. Ebenso können, je nach Anforderung die Abmessungen
der Klemmkörper des Hauptfreilaufes und der Klemmkörper
des Vorschaltfreilaufes unterschiedlich sein. Die Klemmkörper
des Hauptfreilaufes besitzen vorzugsweise einen größeren
Durchmesser als die Klemmkörper des Vorschaltfreilaufes.
Dadurch können Verluste möglichst klein gehalten
und der Gesamtwirkungsgrad gegenüber bekannten Freilaufanordnungen
deutlich verbessert werden.
-
Im
Folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang
mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen
Schnitt durch eine erfindungsgemäße Freilaufanordnung
und
-
2 eine
vergrößerte Schnittdarstellung eines Teilbereiches
der Freilaufanordnung der 1.
-
Gemäß 1 umfasst
die vorliegende Freilaufanordnung 1 in an sich bekannter
Weise im Wesentlichen einen Außenring 2, einen
vorzugsweise als Innenstern ausgebildeten Innenring 3,
einen Käfig 4, der ringförmig ausgebildet
ist und über seinen Umfang gleichmäßig
verteilt voneinander beabstandet Klemmkörper hält.
Vorzugsweise sind diese Klemmkörper als Klemmrollen 5 ausgebildet.
-
Der
Außenring 2 kann ebenfalls in an sich bekannter
Weise eine Bohrung 6 aufweisen, die bei der Anwendung der
vorliegenden Freilaufanordnung im Zusammenhang mit einem Kurbel-CVT,
zur drehbaren Verbindung mit dem einem Ende einer Pleuelstange (nicht
dargestellt) dient.
-
Gemäß den 1 und 2 werden
die in Klemmspalten 14 zwischen dem Außenring 2 und dem
Innenring 3 angeordneten Klemmkörper 5 in
einem ringförmigen Käfig 4 gehalten.
Die Klemmkörper 5 bilden zusammen mit dem Außenring 2 und
dem Innenring 3 einen im Fol genden als Hauptfreilauf bezeichneten
Freilauf, der dem normalen Freilauf bekannter Freilaufanordnungen
entspricht.
-
Gemäß der 2 werden
in zusätzlichen Klemmspalten 13 zwischen dem Käfig 4 und
dem Außenring 2 weitere Klemmrollen 10 angeordnet,
die gemäß der vorliegenden Erfindung einen weiteren Freilauf
bilden, der im folgenden als Vorschaltfreilauf bezeichnet wird.
Die Klemmrollen 10 des Vorschaltfreilaufes, die erheblich
kleiner und daher leichter sind als die Klemmkörper 5 des
Hauptfreilaufes, werden jeweils durch eine Druckfeder 11 beaufschlagt und
in den Klemmspalt 13 hinein vorgespannt. Dabei ist die
Druckfeder 11 vorzugsweise in einer Vertiefung bzw. Sackbohrung 12 des
Käfigs 4 enthalten, derart, dass sich ihre eine
Seite am Boden der Sackbohrung 12 abstützt, wohingegen
sich ihre andere Seite an der Klemmrolle 10 abstützt.
Die Sackbohrung 12 ist vorzugsweise in einem Teilbereich 15 des Käfigs 4 angeordnet,
der sich in den Raum zwischen dem Außenring und dem Käfig 4 hinein
erstreckt. Als Klemmkörper 10 sind vorzugsweise
ebenfalls Klemmrollen vorgesehen.
-
Gemäß der
vorliegenden Erfindung greift also beim Überholen zunächst
der Vorschaltfreilauf, wobei die durch die Druckfeder 11 beaufschlagten Klemmkörper 10 mit
der kleinen Masse in die Klemmspalte 13 hineingedrückt
werden und permanent an der Innenfläche des Außenringes 2 anliegen.
Der Käfig 4 folgt in der Blockierrichtung der
Drehung des Außenringes 2 und nachfolgend werden
die Klemmkörper 5 des Hauptfreilaufes in die Klemmspalte 14 eingeführt,
sodass der Innenring 3 der Drehung des Außenringes 2 folgt.
Die Klemmrollen 5 des Freilaufes können während
des Überholvorganges den Außenring 2 mit
einer kleinen Kraft, z. B. der einfachen Gewichtskraft berühren
oder sogar Spiel haben.
-
Bei
einer Anwendung der vorliegenden Freilaufanordnung im Zusammenhang
mit Kurbelgetrieben kann der Gesamtwirkungsgrad durch den Vorschaltfreilauf
der erfindungsgemäßen Freilaufanordnung deutlich
verbessert werden, weil die Überholverluste der Freilaufanordnung
von Kurbelgetrieben die Hauptverluste des Getriebes sind.
-
In
der ersichtlichen Weise kann bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung der Käfig 4 in Bezug auf den Innenring 3 derart
in Umfangsrichtung abgefedert sein, dass eine Dämpfung
zwischen dem Käfig 4 und dem Innenring 3 bewirkt
wird. Hierzu dient eine Druckfeder 7, die sich einerseits
am Käfig 4 und andererseits am Innenring 3 abstützt.
Vorzugsweise sind die Enden der Druckfeder 7 in Sackbohrungen 8 bzw. 9 des
Käfigs 4 bzw. des Innenringes 3 angeordnet.
Die Sackbohrung 9 des Innenringes 3 befindet sich
vorzugsweise in ei fern Teilbereich 16 des Innenringes 3,
der sich in dem Raum zwischen dem Käfig 4 und
dem Innenring 3 hinein erstreckt. Entsprechend befindet
sich die Sackbohrung 8 in einem Teilbereich 17 des
Käfigs 4, der sich den Raum zwischen dem Käfig 4 und
dem Innenring 3 hinein erstreckt.
-
Bei
einer derartigen Anfederung des Käfigs 4 gegenüber
dem Innenring 3 beträgt die Kraft nur ein Bruchteil,
beispielsweise ein Zehntel der üblichen Anfederungskraft.
Spannwinkelunterschiede zwischen dem Hauptfreilauf und dem Vorschaltfreilauf können
durch die radiale Nachgiebigkeit des Käfigs 4 an
der Auflagestelle der Klemmkörper des Vorschaltfreilaufes
ausgeglichen werden.
-
Es
ist auch denkbar, die Klemmkörper 5 und die weiteren
Klemmkörper 10 zum besseren Toleranzausgleich
in getrennten Käfigen anzuordnen, die konzentrisch nebeneinander
angeordnet sind.
-
Das
Verhältnis zwischen der Anzahl der Klemmkörper 5 und
der weiteren Klemmkörper 10 kann beliebig gewählt
werden.
-
- 1
- Freilaufanordnung
- 2
- Außenring
- 3
- Innenring
- 4
- Käfig
- 5
- Klemmkörper
- 6
- Bohrung
- 7
- Druckfeder
- 8
- Sackbohrung
- 9
- Sackbohrung
- 10
- Klemmkörper
- 11
- Druckfeder
- 12
- Sackbohrung
- 13
- Klemmspalt
- 14
- Klemmspalt
- 15
- Teilbereich
- 16
- Teilbereich
- 17
- Teilbereich
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-