DE102010032656A1

DE102010032656A1 - Freilauf, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe

Info

Publication number: DE102010032656A1
Application number: DE102010032656A
Authority: DE
Inventors: Lászlo Dr. Mán
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-08-10
Filing date: 2010-07-29
Publication date: 2011-02-17

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Freilauf, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe mit einem Innenring, einen relativ zum Innenring in mindestens einer Drehrichtung drehbaren Außenring, der radial um den Innenring herum angeordnet ist, mehreren nockenförmig ausgebildete Klemmkörper mit einem Fußbereich und einem Kopfbereich, die zwischen dem Innenring und dem Außenring in einem Käfig angeordnet und durch die radial nach innen wirkende Federkraft einer Feder in Richtung zum Innenring beaufschlagbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder in Form einer Schenkelfeder ausgebildet ist, die den Fußbereich des jeweiligen Klemmkörpers radial nach innen drückt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Freilauf, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe.
Ein CVT ist ein gleichförmig übersetzendes Getriebe, bei dem das Verhältnis der Drehzahlen der antreibenden und der abtreibenden Wellen, die Übersetzung in einem bestimmten Bereich unendlich viele Werte (Stufen) einnehmen kann. Dies kann auch den Stillstand oder die Drehrichtungsumkehr einer Welle beinhalten. Die Übertragung der Bewegung erfolgt über eine nicht feste Kopplung von Bauteilen, deren Geometrien nach dem Hebelprinzip die Getriebewirkung bestimmen. Eine Übersetzungsänderung wird durch Änderung dieser Bauteil-Geometrien erreicht, die aber gleichzeitig nicht ohne Änderung der Geometrien an der Stelle der Bauteile-Kopplung erfolgen kann.
Viele Freilaufeinrichtungen für Kurbel-CVT-Getriebe besitzen dafür Klemmkörper, die zwischen einem durch einen Bereich der Abtriebswelle gebildeten Innenring und einem Außenring angeordnet sind. Dabei sind die Flächen des Außenrings und des Innenrings derart aufeinander abgestimmt, dass die Klemmkörper in einer Relativverdrehrichtung zwischen Innenring und Außenring diese Verdrehung blockieren können, so dass 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.
Aus z. B. DE 1814969 A und DE 6811650 B sind Freilaufkupplungen mit einer Vielzahl voneinander beabstandeten kippbaren Klemmkörper bekannt, die zwischen einem Außenring 1 und einem Innenring eingesetzt sind, wobei die Klemmkörper in einem Käfig geführt sind und mittels einer nach innen spannenden umlaufenden in Eingriffs- bzw. Funktionseingriffsrichtung Feder vorgespannt bzw. gehalten sind.
Die Federn können in Form einer Ringbandfeder, einer ringförmigen Nutfeder bzw. einer Spiralfeder (Wurmfeder) ausgebildet sein, die im letztgenannten Fall in Wurmfedernuten der Klemmkörper eingreift.
Ein Kurbel-CVT-Getriebe mit rollenförmigen Klemmkörpern ist beispielsweise aus der EP 1 650 071 A2 bekannt. Die Rollen werden durch eine Feder als Anpresselement in den Spalt zwischen dem Innenstern und den Außenring gedrückt, wodurch die Rollen als Klemmelemente in Kontakt zu Außenring und Innenstern gehalten werden. Für die Rollen ist dabei ein Käfig vorgesehen. Die Feder kann dabei als Schenkelfeder ausgebildet sein, wobei die Umschaltung dadurch erzielt wird, dass die Feder bzw. der Federschenkel eine Schwenkbewegung ausführt, wodurch die Rolle von der ihr zugeordneten rechten Flanke auf die linke Flanke gedrückt wird. Auch aus DE 102 43 533 A1 ist eine Umschalteinrichtung bekannt, die zur Umschaltung der Sperrfunktion des Freilaufes dient. Diese Umschalteinrichtung umfasst mehrere Umschalteinheiten, die jeweils zwischen benachbarten rotationssymmetrischen Klemmkörpern angeordnet sind. Die Umschalteinheiten sind synchron betätigbar und besitzen Umschaltmittel, die jeweils einen verdrehbaren scheibenförmigen Bereich sowie einen, vorzugsweise aus einem profilierten Stab bestehenden, profilierten Bereich besitzen. Am profilierten Bereich ist eine Schenkelfeder vorgesehen, die zwischen dem profilierten Bereich und einem Klemmkörper verspannbar ist. Hierfür besitzt die Schenkelfeder einen Schenkel, der einen Klemmkörper in die entsprechende Sperrrichtung beaufschlagen kann. Die Klemmfedern sind aufgrund ihrer geradlinigen Schenkel nicht für nockenartig geformte Klemmkörper geeignet.
Weiterhin kann die Anfederung und Dämpfung (z. B. gem. DE 693 26 387 T2 ) durch so genannte Z-Federn erfolgen, die sich einerseits an der radial außen liegenden Fläche des Klemmkörpers und andererseits an einer Anlagefläche des Käfigs abstützen. Der Nachteil dieser Z-Federn besteht darin, dass keine vollständige Kompensation der Fliehkraftwirkung bei höheren Drehzahlen möglich ist bzw. dass die Kompensation nur mit einem hohen Wirkungsgradverlust einhergeht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Freilauf, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe, zu entwickeln, welcher die Anfederung und Dämpfung mit gleichzeitiger Fliehkraftkompensation gewährleistet und einen guten Freilaufwirkungsgrad aufweist.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe verwendete Freilauf weist einen Innenring, einen relativ zum Innenring in mindestens einer Drehrichtung drehbaren Außenring, der radial um den Innenring herum angeordnet ist, auf und besitzt mehrere nockenförmig ausgebildete Klemmkörper mit einem Fußbereich und einem Kopfbereich, die zwischen dem Innenring (1) und dem Außenring (2) in einem Käfig (K) angeordnet und durch die radial nach innen wirkende Federkraft einer Feder in Richtung zum Innenring (1) beaufschlagbar sind, wobei die Feder erfindungsgemäß in Form einer Schenkelfeder (4) ausgebildet ist, die den Fußbereich des jeweiligen Klemmkörpers (3) radial nach innen drückt.
Die Schenkelfeder weist dazu in Richtung zum Fußbereich einen konvex gekrümmten Bereich auf, der am Fußbereich des Klemmkörpers angreift und auf diesen eine Vorspannung überträgt. Der konvex gekrümmte Bereich kann durch einen gebogenen Schenkel der Schenkelfeder gebildet werden oder an einem separaten Bauteil ausgebildet sein.
Durch die Beaufschlagung des Fußbereiches mit der Federkraft der Schenkelfeder liegt der Klemmkörper am Innenring und am Käfig an, wodurch der Klemmkörper durch die entstehende Reibung an der Schenkelfeder und am Käfig gedämpft wird.
Dabei muss die Komponente der Federkraft und der Stützkraft am Käfig größer sein als die Fliehkraft des Klemmkörpers, um ein sicheres Anliegen des Klemmkörpers auch bei großen Fliehkräften zu gewährleisten.
Die Schenkelfedern weisen einen Federmittelpunkt auf, dessen Position gemeinsam mit der Form der Schenkelfeder, die am Fußbereich des Klemmkörpers wirkt, die Richtung der Federkraft bestimmt.
Die Position des Federmittelpunktes und die Form der Schenkelfeder, die am Fußbereich des Klemmkörpers wirkt, werden vorzugsweise so gewählt, dass ein Hebelarm zum momentanen Drehpunkt des Klemmkörpers am Innenring entsteht.
Weiterhin bleibt das Aufstellmoment der Klemmkörper vorzugsweise über einen breiten Verdrehwinkel der Klemmkörper durch die Formgebung der Schenkelfeder nahezu konstant.
Vorteilhaft ist ebenfalls, dass der Klemmkörper durch die auf den Fußbereich wirkende Vorspannung der Schenkelfeder ohne Spiel im Käfig geführt wird.
Es sollte eine Schenkelfeder gewählt werden, die eine lange, gegen Toleranzen unempfindliche, Kennlinie aufweist. Die Federkraft der Schenkelfeder kann, entsprechend der auf dem Klemmkörper zu realisierenden Anpresskraft, frei variierbar sein.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine Anfederung und Dämpfung der Klemmkörper erzielt, die gleichzeitige eine Fliehkraftkompensation gewährleistet und einen guten Freilaufwirkungsgrad aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung durch einen Klemmkörper und eine Schenkelfeder eines Freilaufes,
2 dreidimensionale Einzelteildarstellung einer Schenkelfeder,
3 dreidimensionale Einzelteildarstellung eines Käfigs mit daran befestigten Schenkelfedern
4 eine Schnittdarstellung durch einen Klemmkörper und eine Schenkelfeder eines Freilaufes, wobei die Schenkelfeder mit einem separaten Element verwehen ist.
In 1 und 4 ist der Ausschnitt des Querschnitts eines Freilaufes durch zwei zwischen Innenring 1 und Außenring 2 und Käfig 3 angeordnete rollenförmige Klemmkörper 3 dargestellt. Die Klemmkörper 3 weisen einen sich im Querschnitt in der Mitte verjüngenden Bereich auf. Der Klemmkörper 3 weist in Richtung zum Innenring einen sich erweiternden Fußbereich 3.1 und in Richtung zum Außenring 2 einen sich erweiternden Kopfbereich 3.2 auf. An dem Innenring 1 greift der Klemmkörper 3 mit einer ersten Kontaktfläche 3a und am Außenring mit einer zweiten Kontaktfläche 3b an. Die Klemmkörper 3 sitzen in einem Freilaufkäfig 5 und die axial nach außen weisenden vorsprungartigen Bereiche des Fußbereichs 3.1 werden in Gleitflächen 5.1, 5.2 des Käfigs 5 geführt.
Gem. 1 wirkt eine am Käfig 5 mittels eines Stiftes 6 befestigte Schenkelfeder 4 mit einem konvex gekrümmten Bereich 4.1 jeweils auf den in der Darstellung gem. 1 rechts angeordneten Klemmkörper 3 im Bereich der radial außen liegenden Seite des Fußbereiches 3.1des Klemmkörpers 3 und drückt den Fußbereich 3.1 in Richtung zum Innenring 1. Der konvex gebogene Bereich 4.1 wird durch den entsprechend gebogenen Schenkel 4.2 der Schenkelfeder 4 gebildet. Die Schenkelfeder 4 wirkt somit gegen den Fußbereich 3.1 mit einer Federkraft F4, wodurch am Kontaktpunkt zum Fußbereich 3.1 des Klemmkörpers 3 eine Reibkraft FR erzeugt wird und sich der Fußbereich 3.1 an der Gleitfläche 5.2 des Käfigs 5 mit einer Stützkraft FS abstützt.
Die Darstellung der Schenkelfeder 4 wird in 2 gezeigt. Die Schenkelfeder 4 ist wendenförmig gebogen und weist mittig den konvex gebogenen Schenkel 4.2 auf, an dem der konvex gekrümmte Bereich 4.1 ausgebildet ist. Die Schenkelfeder weist einen Federmittelpunkt 4.3 auf und besitzt eine durchgängige Öffnung 4.4, die zum Befestigen am Käfig dient.
Der Käfig mit den daran befestigten Schenkelfedern 5 ist in 3 dargestellt. Die Schenkelfedern 4 werden mittels Stifte 6 am Käfig 5 aufgenommen.
Es ist gem. 4 im Unterschied zu 1 auch möglich, mit einer Schenkelfeder ein Bauteil 7 zu kombinieren, welches die konvex gekrümmte Oberfläche 4.1 aufweist.
Die erfinderische Lösung besteht darin, dass der Klemmkörper auf dem Innenring und dem Käfig gleichzeitig anliegt (1) und durch die entstehende Reibung (Reibkraft FR) an der Schenkelfeder 4 sowie am Käfig 5 gedämpft wird. Die radialen Komponenten der Federkraft F4 und der Stützkraft FS am Käfig 4 müssen groß genug sein, um die Fliehkraft zu überwinden und den Klemmkörper 3 auch bei der höchsten Drehzahl am Innenring 1 zu halten. Die Richtung der Federkraft F4 ist durch die Position des Federmittelpunktes M4 und die Form des konvex gekrümmten Bereiches 4.1 bestimmt. Diese Parameter werden insbesondere so gewählt, dass ein Hebelarm H (1) zum momentanen Drehpunkt des Klemmkörpers 3 am Innenring 1 entsteht und so ein Aufstellmoment am Klemmkörper 3 erzeugt (durch die Stützkraft am Käfig resultiert kein Aufstellmoment). Durch die Formgebung der Feder oder des daran adaptierten Bauteils 7 (4) bleibt das Aufstellmoment über einen breiten Verdrehwinkel der Klemmkörper 3 nahezu konstant.
Bezugszeichenliste

1: Innenring
2: Außenring
3: Klemmkörper
3.1: Fußbereich
3.2: Kopfbereich
4: Schenkelfeder
4.1: konvex gekrümmter Bereich
4.2: gebogener Schenkel der Schenkelfeder 4
4.3: Federmittelpunkt
4.4: Öffnung
5: Käfig
5.1, 5.2: Gleitflächen
6: Stift
7: Bauteil
F4: Federkraft
FR: Reibkraft
FS: Stützkraft
M4: Federmittelpunkt

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 1814969 A [0004]
- DE 6811650 B [0004]
- EP 1650071 A2 [0006]
- DE 10243533 A1 [0006]
- DE 69326387 T2 [0007]

Claims

Freilauf, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe mit einem Innenring (1), einen relativ zum Innenring (1) in mindestens einer Drehrichtung drehbaren Außenring (2), der radial um den Innenring (1) herum angeordnet ist, mehreren nockenförmig ausgebildete Klemmkörpern (3) mit einem Fußbereich (3.1) und einem Kopfbereich (3.2), die zwischen dem Innenring (1) und dem Außenring (2) in einem Käfig (5) angeordnet und durch die radial nach innen wirkende Federkraft einer Feder in Richtung zum Innenring (1) beaufschlagbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder in Form einer Schenkelfeder (4) ausgebildet ist, die den Fußbereich des jeweiligen Klemmkörpers (3) radial nach innen drückt.
Freilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkelfeder (4) in Richtung zum Fußbereich (3.1) einen konvex gekrümmten Bereich (4.1) aufweist, der am Fußbereich (3.1) angreift.
Freilauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der konvex gekrümmte Bereich (4.1) durch einen gebogenen Schenkel (4.2) der Schenkelfeder (4) gebildet wird.
Freilauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der konvex gekrümmte Bereich (4.1) durch ein separates Bauteil (7) gebildet wird.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmkörper (3) durch die Beaufschlagung des Fußbereiches (3.1) mit der Federkraft der Schenkelfeder (4) am Innenring (1) und am Käfig (5) anliegt.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmkörper (3) durch die entstehende Reibung an der Schenkelfeder (4) und am Käfig (5) gedämpft wird.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Komponente der Federkraft und die Stützkraft am Käfig (5) größer sind als die Fliehkraft des Klemmkörpers (3).
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkelfedern (4) einen Federmittelpunkt (4.3) aufweisen und wobei die Richtung der Federkraft durch die Position des Federmittelpunktes (4.3) und die Form der Schenkelfeder (4) die am Fußbereich (3.1) des Klemmkörpers (3) wirkt, bestimmt wird.
Freilauf nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufstellmoment der Klemmkörper (3) über einen breiten Verdrehwinkel der Klemmkörper (3) durch die Formgebung der Schenkelfeder (4) nahezu konstant bleibt.
Kurbel-CVT-Getriebe enthaltend einen Freilauf nach einem der vorstehenden Ansprüche.