DE102009039240A1

DE102009039240A1 - Rollenfreilauf

Info

Publication number: DE102009039240A1
Application number: DE200910039240
Authority: DE
Inventors: Tomas Dr. Smetana
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2011-03-03

Abstract

Rollenfreilauf (1), mit - einem Klemmrampen (7) aufweisenden Innenring (2), - einem eine zylindrische Innenoberfläche (8) aufweisenden Außenring (3), - einer Anzahl Klemmrollen (4), welche in einem zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (3) gebildeten Spaltraum (6) angeordnet sind, - einem die Klemmrollen (4) gegen die Innenoberfläche (8) des Außenrings (3) andrückenden, einstückig und ringförmig ausgebildeten, in einer Nut (9) des Innenrings (2) einliegenden Federelement (5), wobei das Federelement (5) derart geformt ist, dass jede Klemmrolle (4) mit einer Kraft in Tangentialrichtung des Innenrings (2) beaufschlagt wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine allgemein als Rollenfreilauf bezeichnete Freilaufkupplung, welche einen Klemmrampen aufweisenden Innenring, einen eine zylindrische Innenoberfläche aufweisenden Außenring, eine Anzahl im Spaltraum zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordneter Klemmrollen, sowie genau ein einstückiges, ringförmiges, die Klemmrollen gegen den Außenring anfederndes, in einer Nut des Innenrings einliegendes Federelement umfasst.
Hintergrund der Erfindung
Eine Rollenfreilauf der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 2 044 915 A bekannt. Dieser Rollenfreilauf ist insbesondere zur Verwendung bei Drehmomentwandlern vorgesehen. Um die Klemmrollen dieses Freilaufs gegen den Außenring anzudrücken, ist eine als Ring ausgebildete Andruckfeder vorgesehen. Gemäß einer ersten Ausführungsform beaufschlagt die Andruckfeder jede Klemmrolle mit einer Kraft radial nach außen, während gemäß einer zweiten Ausführungsform nicht alle, sondern lediglich einzelne Klemmrollen oder Klemmrollengruppen von der ringförmigen Feder mit einer Kraft radial nach außen beaufschlagt werden.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rollenfreilauf anzugeben, welcher sich gegenüber dem vorstehend erläuterten Stand der Technik insbesondere durch ein verbessertes Ansprechverhalten auszeichnet.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Rollenfreilauf mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Rollenfreilauf arbeitet mit Klemmrollen, welche radial zwischen einem mit Klemmrampen versehenen Innenring und einem glatten Außenring angeordnet sind. Zur Anfederung der Klemmrollen an den Außenring ist ein einziges, ringförmiges Federelement vorgesehen, welches derart geformt ist, dass jede Klemmrolle nicht nur mit einer Kraft in Radialrichtung, sondern auch mit einer Kraft in Tangentialrichtung beaufschlagt wird. Die Angaben „radial”, „axial” und „tangential” beziehen sich auf die Rotationsachse des Rollenfreilaufs, das heißt auf die Symmetrieachse des Innenrings sowie des Außenrings. Durch die mittels des Federelementes auf die Klemmrollen aufgebrachte, im Einkuppelsinne wirkende Kraftkomponente in Tangentialrichtung wird der Rollenfreilauf in permanenter Klemmbereitschaft gehalten, wobei schnelle Schaltvorgänge, das heißt insbesondere Übergänge vom freilaufenden in den blockierten Betrieb, möglich sind.
Im Vergleich zu dem in der DE-Patentanmeldung 10 2008 058 194.1 offenbarten Rollenfreilauf zeichnet sich der erfindungsgemäße Rollenfreilauf dadurch aus, dass er nicht zwei, sondern nur eine einzige ringförmige Feder aufweist. Dies ist sowohl hinsichtlich des axialen Bauraumbedarfs als auch hinsichtlich der Montage des Rollenfreilaufs von Vorteil. Darüber hinaus treten im Freilaufbetrieb lediglich geringe Schleppmomente auf. Dies wirkt sich insbesondere günstig auf den Leerlaufverschleiß auf.
In bevorzugter Ausgestaltung wird jede Klemmrolle durch einen Federabschnitt des Federelementes angefedert, welcher gegenüber der durch die Klemmrolle kontaktierten Klemmrampe um einen Anfederungswinkel schräg gestellt ist, der mehr als das Doppelte des durch die Anordnung der Klemmrolle zwischen dem Innenring und dem Außenring gebildeten Klemmwinkels beträgt. In besonders bevorzugter Ausgestaltung beträgt der Anfederungswinkel mindestens 18° und höchstens 36°. Damit ist sichergestellt, dass eine ausreichende Komponente der Federkraft im Sinne des Einkuppelns des Rollenfreilaufs in Tangentialrichtung wirkt, während der größte Teil der Federkraft die Klemmrolle radial nach außen drückt.
Das Federelement weist vorzugsweise nicht überlappende Enden sowie diesen gegenüberliegend eine in den Innenring eingreifende Verdrehsicherungskontur auf. Abweichend hiervon kann auch eine Überlappung der Federenden in tangentialer Richtung vorgesehen sein. Zur Herstellung des Federelementes eignet sich inbesondere Draht, beispielsweise mit rundem oder eckigem, insbesondere rechteckigem, Querschnitt. Das Federelement dient nicht nur der Anfederung, sondern auch der Führung der Klemmrollen, sodass der Rollenfreilauf keinen Käfig benötigt.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird auch durch einen Rollenfreilauf mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Dieser Rollenfreilauf weist einen Außenstern, das heißt einen Außenring mit innen liegenden Klemmrampen, sowie einen Innenring mit zylindrischer Außenoberfläche auf. Das ringförmige Federelement liegt in einer Nut im Außenring ein und drückt die Klemmrollen nach innen. Ansonsten entspricht der Aufbau des Rollenfreilaufs nach Anspruch 8 dem Aufbau des Rollenfreilaufs nach Anspruch 1.
Der erfindungsgemäße Rollenfreilauf ist insbesondere zur Verwendung in einem stufenlosen Kurbelgetriebe geeignet. Ein solches Getriebe ist prinzipiell beispielsweise aus der DE 102 43 535 A1 bekannt. Weitere Anwendungsmöglichkeiten für den Rollenfreilauf sind beispielsweise bei Drehmomentwandlern, Riemenspannern, Förderbändern oder Rücklaufsperren gegeben.
Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass ein Rollenfreilauf, welcher lediglich eine geringe Anzahl unterschiedlicher Teile, nämlich einen Innenring, einen Außenring, ein ringförmiges Federelement sowie eine Mehrzahl durch dieses im Einkuppelsinne angefederter Klemmrollen, aufweist und die Übertragung hoher Drehmomente von beispielsweise mehreren 100 Nm sowie schnelle Schaltvorgänge ermöglicht, rationell herstellbar, insbesondere einfach montierbar, und mit hoher Funktionssicherheit betreibbar ist.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 einen Rollenfreilauf in einer Schnittdarstellung,
2 ein Detail des Rollenfreilaufs nach 1,
3 ein weiteres Detail des Rollenfreilaufs nach 1,
4 eine Schnittdarstellung mit Veranschaulichung von im Rollenfreilauf wirkenden Kräften.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Rollenfreilauf weist einen Innenring 2, einen Außenring 3, eine Anzahl Klemmrollen 4 sowie ein ringförmiges Federelement 5 auf. Die Klemmrollen 4 sind ebenso wie das Federelement 5 in einem Spaltraum 6 angeordnet, welcher zwischen einer Klemmrampen 7 aufweisenden Oberfläche des Innenrings 2 und einer zylindrischen Innenoberfläche 8 des Außenrings 3 gebildet ist.
Die Klemmrollen 4 werden durch das Federelement 5 nicht nur mit einer Kraft in radialer Richtung beaufschlagt, sondern – in Zusammenwirkung mit den Klemmrampen 7 – auch in tangentialer Richtung geführt, sodass kein gesonderter Käfig zur Führung der Klemmrollen 4 erforderlich ist. Das Federelement 5 ist in eine ringförmig umlaufende Nut 9 im Innenring 2 eingelegt und somit in Axialrichtung fixiert. Zur Fixierung des Federelementes 5 in Umfangsrichtung weist dieses eine Verdrehsicherungskontur 10 auf, die als Federhaltenase ausgebildet ist und in eine korrespondierende Sicherungskontur 11 im Innenring 2 eingreift. Der Verdrehsicherungskontur 10 diametral gegenüber befinden sich zwei Federenden 12 des Federelementes 5, zwischen welchen ein Spalt 13 gebildet ist. Wie die 2 und 3 veranschaulichen, ist durch die Form des Federelementes 5 sichergestellt, dass auch die den Federenden 12 sowie die der Verdrehsicherungskontur 10 benachbarten Klemmrollen 4 mit einer Kraft sowohl in Radial- als auch in Tangentialrichtung belastet sind.
Die auf eine Klemmrolle 4 wirkenden Kräfte gehen genauer aus 4 hervor: Hierin ist mit A der Anlagepunkt der Klemmrolle 4 am Außenring 3, mit I der Anlagepunkt der Klemmrolle 4 am Innenring 2, mit M der Mittelpunkt der Klemmrolle 4, sowie mit F der Angriffspunkt des Federelementes 5 an der Klemmrolle 4 bezeichnet. L bezeichnet die Leerlaufrichtung und K die Klemmrichtung des Rollenfreilaufs 1, wobei zum Beispiel der Außenring 3 als Antriebselement und der Innenring 2 als Abtriebselement – sofern der Außenring 3 in Klemmrichtung K gedreht wird – fungieren kann.
Der am Angriffspunkt F die Klemmrolle 4 kontaktierende Abschnitt des Federelementes 5 wird als Federabschnitt 14 bezeichnet. Am Angriffspunkt F wird eine Federkraft F_f von dem Federelement 5 auf die Klemmrolle 4 übertragen. Die Federkraft F_f setzt sich zusammen aus einer in Tangentialrichtung wirkenden Komponente F_fT und einer in Normalrichtung wirkenden Komponente F_fN. Hierbei bezieht sich die Normalrichtung auf die Klemmrampe 7, auf welcher die Klemmrolle 4 angeordnet ist. In dieser Normalrichtung wird am inneren Anlagepunkt I eine innere Normalkraft F_NI vom Innenring 2 auf die Klemmrolle 4 übertragen. Als äußere Normalkraft F_NA wird die zwischen der Klemmrolle 4 und dem Außenring 3 wirkende Kraft bezeichnet. Im Unterschied zur inneren Normalkraft F_NI wirkt die äußere Normalkraft F_NA exakt in radialer Richtung. Die Vektorsumme aus innerer Normalkraft F_NI und Federkraft F_f entspricht der äußeren Normalkraft F_NA.
Der Klemmwinkel, unter welchem die Klemmrolle 4 im Spaltraum 6, den Innenring 2 sowie den Außenring 3 kontaktierend, angeordnet ist, ist mit α bezeichnet. Der Klemmwinkel α ist weniger als halb so groß wie der zwischen der inneren Normalkraft F_NI und der Federkraft F_f eingeschlossene Anfederungswinkel β, das heißt der Winkel, welcher zwischen der Klemmrampe 7 und dem Federabschnitt 14 eingeschlossen ist.
Alternativ zur Ausführungsform nach den 1 bis 4 kann auch der Außenring 3 mit Klemmrampen 7 versehen sein, während die Außenoberfläche des Innenrings 2 durchgehend zylindrisch ist, wobei in diesem Fall das Federelement 5 die Klemmrollen 4 mit einer Kraft radial nach innen beaufschlagt. In jeder Ausführungsform kann der Innenring 2 und/oder der Außenring 3 als dünnwandige Hülse gestaltet sein, welche auf eine Welle aufgepresst beziehungsweise in eine Bohrung eingepresst ist.
Bezugszeichenliste

1: Rollenfreilauf
2: Innenring
3: Außenring
4: Klemmrolle
5: Federelement
6: Spaltraum
7: Klemmrampe
8: Innenoberfläche
9: Nut
10: Verdrehsicherungskontur
11: Sicherungskontur
12: Federende
13: Spalt
14: Federabschnitt
α: Klemmwinkel
β: Anfederungswinkel
A: Anlagepunkt außen
F: Angriffspunkt Feder
Ff: Federkraft
FfN: Federkraft normal
FfT: Federkraft tangential
FNA: Normalkraft außen
FNI: Normalkraft innen
I: Anlagepunkt innen
K: Klemmrichtung
L: Leerlaufrichtung
M: Mittelpunkt

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

DE 2044915 A [0002]
DE 102008058194 [0005]
DE 10243535 A1 [0009]

Claims

Rollenfreilauf, mit – einem Klemmrampen (7) aufweisenden Innenring (2), – einem eine zylindrische Innenoberfläche (8) aufweisenden Außenring (3), – einer Anzahl Klemmrollen (4), welche in einem zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (3) gebildeten Spaltraum (6) angeordnet sind, – einem die Klemmrollen (4) gegen die Innenoberfläche (8) des Außenrings (3) andrückenden, einstückig und ringförmig ausgebildeten, in einer Nut (9) des Innenrings (2) einliegenden Federelement (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (5) derart geformt ist, dass jede Klemmrolle (4) mit einer Kraft in Tangentialrichtung des Innenrings (2) beaufschlagt wird.
Rollenfreilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (5) die Klemmrolle (4) mit einem Federabschnitt (14) kontaktiert, welcher gegenüber der Klemmrampe (7) um einen Anfederungswinkel (β) schräg gestellt ist.
Rollenfreilauf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfederungswinkel (β) mehr als das Doppelte des durch die Anordnung der Klemmrolle (4) zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (3) gebildeten Klemmwinkels (α) beträgt.
Rollenfreilauf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfederungswinkel (β) mindestens 18° und höchstens 36° beträgt.
Rollenfreilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (5) zwei nicht überlappende Federenden (12) sowie diesen gegenüberliegend eine in den Innenring (2) eingreifende Verdrehsicherungskontur (10) aufweist.
Rollenfreilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (5) aus Draht gefertigt ist.
Verwendung eines Rollenfreilaufs nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einem stufenlosen Kurbelgetriebe.
Rollenfreilauf, mit – einem eine zylindrische Außenoberfläche aufweisenden Innenring (2), – einem Klemmrampen (7) aufweisenden Außenring (3), – einer Anzahl Klemmrollen (4), welche in einem zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (3) gebildeten Spaltraum (6) angeordnet sind, – einem die Klemmrollen (4) gegen die Außenoberfläche des Innenrings (2) andrückenden, einstückig und ringförmig ausgebildeten, in einer Nut (9) des Außenrings (3) einliegenden Federelement (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (5) derart geformt ist, dass jede Klemmrolle (4) mit einer Kraft in Tangentialrichtung des Außenrings (3) beaufschlagt wird.