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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.
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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. Ferner sind Freilaufeinrichtungen für ein Getriebe,
insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe eines Kraftfahrzeugs
bekannt, die zwischen einem Außenring und einem Innenring
in einem Käfig gehaltene Klemmkörper aufweisen.
Dabei ist jeweils ein Klemmkörper durch einen Energiespeicher
gegen den Innenring oder den Käfig mit einer relativ großen Anpresskraft
drückbar. Durch einen Mechanismus kann der Klemmkörper
in die Freigaberichtung oder in die Klemmrichtung aufstellbar sein,
wobei der Energiespeicher so bemessen ist, dass er bei einer relativ
großen Anpresskraft eine relativ kleine Aufstellkraft zum
Aufstellen der Klemmkörper erzeugt.
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Bei
Klemmkörperfreiläufen mit Einzelanfederung der
Klemmkörper und axial gegen den Innenring angefedertem
Käfig zur Dämpfung wird durch die Anfederung des
Käfigs ein hoher Anteil an kinetischer Energie, welche
die Klemmkörper an den Käfig übergeben,
durch Reibung abgebaut. Allerdings befinden sich die Klemmkörper
dabei am Käfiganschlag und damit maximal weit vom Klemmspalt
entfernt. Um den Klemmkörper für den folgenden
Spannvorgang ausreichend schnell in den Klemmspalt zu positionieren,
ist eine Vorspannfeder vorgesehen, welche ihre Energie dazu an den
Klemmkörper abgibt. Daher besitzt der Klemmkörper
bei Ankunft am Klemmspalt erneut kinetische Energie, welche ihn
abprallen lässt und durch Reibung abgebaut werden muss.
Dazu ist entweder eine große Reibkraft erforderlich, welche sich
negativ auf den Wirkungsgrad des Freilaufs auswirkt, oder eine große
Anfederungskraft um in der zur Verfügung stehenden Zeit
den Klemmkörper schnell genug zu beschleunigen, so dass
er viel Reibweg zurücklegen kann. Diese große
Anfederungskraft drückt den Klemmkörper entsprechend
stark in den Klemmspalt, was wiederum zu großer Reibung
im Überholbetrieb und damit ebenfalls zu einem geringen
Wirkungsgrad führt.
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Die
DE 10 2007 014 456
A1 betrifft einen schaltbaren Freilauf, der koaxial um
eine Drehachse zwischen einem Innenring und einem Außenring
angeordnet ist und mit dem Verschleiß reduziert und die Reibung
verringert werden soll. Der schaltbare Freilauf umfasst mindestens
zwei Klemmkörper, die mittels einer Schalteinheit mit dem
Innenring und dem Außenring kontaktierbar sind. Der Klemmkörper
ist in einer Halteeinheit rotatorisch in einem Winkelbereich beweglich
geführt.
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Die
Schalteinheit ist translatorisch in der Halteeinheit und in einer
Verstelleinheit beweglich geführt.
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Die
Verstelleinheit ist im Vergleich zu der Halteeinheit rotatorisch
um die Drehachse beweglich. Ein Kontakt zwischen einer Kontaktfläche
des Klemmkörpers und einer Kontaktfläche des Innenrings
und einer Kontaktfläche des Klemmkörpers und einer
Kontaktfläche des Außenringes ist durch eine rotatorische
Beweglichkeit des Klemmkörpers herstellbar oder aufhebbar.
Der Freilauf weist eine Halteeinheit, beispielsweise in Ausbildung
eines Halterings, und eine Verstelleinheit, beispielsweise in Ausbildung
eines Verstellrings, auf, die koaxial zu der Drehachse des Innenrings
zwischen einem Innenring und einem Außenring angeordnet
sind. Jeder Klemmkörper ist in der Halteeinheit rotatorisch
beweglich gelagert. Weiterhin weist der Freilauf eine Schalteinheit
auf, die koaxial zu der Drehachse des Innenrings zwischen dem Innenring
und dem Außenring angeordnet ist. Die Schalteinheit ist
translatorisch in der Halteeinheit und in der Verstelleinheit beweglich,
beispielsweise wird die translatorische Bewegung durch eine Schaltgabel
initiiert, so dass die Schalteinheit axial, d. h. bezogen auf die
Drehachse, verschiebbar ist. Durch eine translatorische Bewegung
der Schalteinheit wird die Verstelleinheit gegenüber der
Halteeinheit rotatorisch bewegt, d. h. radial um die Drehachse des
Innenrings und des Außenrings verschwenkt, so dass der
Klemmkörper entweder den Innenring und den Außenring
kontaktiert, oder durch das Verschwenken der Verstelleinheit gegenüber
der Halteeinheit ist der Freilauf schaltbar. Der Freilauf ist in
drei Positionen schaltbar, wobei in einer ersten Position der Klemmkörper
unabhängig von der Drehrichtung des Innen- und Außenrings
den Innenring und den Außenring kontaktiert, in einer zweiten
Position der Klemmkörper unabhängig von der Drehrichtung
des Innen- und Außenrings den Innenring und den Außenring
nicht kontaktiert und in einer dritten Position der Klemmkörper
abhängig von der Drehrichtung des Innen- und Außenrings
den Innenring und den Außenring entweder kontaktiert oder
nicht kontaktiert. Diese Lösung ist relativ aufwendig gestaltet.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Freilauf, insbesondere
für ein Kurbel-CVT-Getriebe, mit einer Dämpfungs-
und Anfederungsvorrichtung bereitzustellen, welche bei hoher Freilaufdynamik
die kinetische Restenergie aller Klemmkörper durch Reibung
abbaut und sie für den nächsten Klemmzyklus in
den Klemmspalt legt, ohne dass Wirkungsgradnachteile bei geringer
Freilaufdynamik auftreten.
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Diese
Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs
gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Der
insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe ausgebildete Freilauf
weist einen Innenring, einen relativ zum Innenring in mindestens
einer Drehrichtung drehbaren Außenring, der radial um den
Innenring herum angeordnet ist, mehrere Klemmkörper, die
zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind
und wenigstens eine Dämpfungs- und Anfederungsvorrichtung
zum Beaufschlagen der Klemmkörper mit einer Federkraft
auf, wobei die Klemmkörper erfindungsgemäß in
einem Freilaufkäfig angeordnet sind und die Dämpfungs-
und Anfederungsvorrichtung in Form einer käfigfesten Einzelanfederung
in Form einer Vorspannfeder und einer Dämpfungsanfederung
für jeden Klemmkörper ausgebildet ist, wobei die
Dämpfungsanfederung im Wesentlichen axial auf den radial äußeren
Bereich des Klemmkörpers wirkt.
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Dadurch
liegen die Klemmkörper bereits am Ende des Rutschvorgangs
ohne kinetische Energie im Klemmspalt. Dieser Zeitvorteil erlaubt
höhere Betriebsfrequenzen und – drehzahlen, ohne
das Anfederungs- oder Reibungsniveau der Einzelanfederung erhöhen
zu müssen. Dabei gleitet die Dämpfungsanfederung
bei Klemmkörper-Schwenkbewegungen Reibungsenergie abbauend über
die Oberfläche des Klemmkörpers und überträgt
beim Rutschvorgang des Klemmkörpers ein Drehmoment auf
diesen, wodurch der Klemmkörper zurück auf den
Klemmspalt gedreht wird.
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Weiterhin
weist der Freilaufkäfig einen Käfiganschlag auf,
wodurch verbleibende Restenergie durch Anschlag des Klemmkörpers
an den Käfiganschlag des Freilaufkäfigs abgegeben
wird.
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Vorteilhafter
Weise ist die Gesamtheit von Freilaufkäfig und allen Klemmkörpern
relativ zum Innenring verdrehbar. Dies ist insbesondere für
die Betriebszustände mit hoher Freilaufdynamik von Vorteil, bei
denen diese Vorrichtung nicht mehr in der Lage ist, die komplette
kinetische Restenergie der Klemmkörper abzubauen. In diesem
Fall wird die verbleibende Energie durch Anschlag an den Käfig
abgegeben, so dass sich die Gesamtheit von Käfig und allen Klemmkörpern
relativ zum Innenring verdreht (Rutschvorgang).
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Die
Vorspannfeder wirkt auf den in Richtung zum Außenring liegenden
Bereich des Klemmkörpers und die Dämpfungsanfederung
ist z. B. in Form von wenigstens einer axial am radial äußeren
Bereich der Klemmkörper angreifenden Dämpfungsfeder
ausgebildet.
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Alternativ
kann die Dämpfungsanfederung der Klemmkörper in
Form einer Reibeinheit ausgebildet sein, die einerseits am radial äußeren
Bereich des Klemmkörpers axial wirkend angreift und andererseits
auf dem Innenring angefedert gelagert ist, so dass der Klemmkörper
bei Relativbewegung durch die Reibeinheit gebremst wird. Dadurch
wird die Reibung im Betrieb mit geringer Freilaufdynamik weiter minimiert
und der Wirkungsgrad erhöht.
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Mit
der Erfindung wird ein wirkungsgradoptimierter Dämpfungsmechanismus
für Klemmkörperfreiläufe, insbesondere
für den Betrieb mit hoher Antriebsfrequenz und Abtriebsdrehzahl,
geschaffen, bei dem durch reibende Bedämpfung der Klemmkörper in
deren radial äußeren Bereich diese aufgrund des daraus
resultierenden Aufstellmoments bereits am Ende des Dämpfungsvorgangs
im Klemmspalt liegen.
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Abweichend
vom Stand der Technik wird somit nicht der Käfig gegen
den Innenring mittels Dämpfungsfeder angefedert bedämpft,
sondern die Klemmkörper selbst. Die Anfederung wirkt dadurch axial
auf den radial äußeren Bereich der Klemmkörper,
so dass beim Rutschvorgang ein Drehmoment auf die Klemmkörper übertragen
wird, welches diese, wie vorgenannt bereits beschrieben, zurück
auf den Klemmspalt dreht. Der dadurch entstehende Zeitvorteil erlaubt
höhere Betriebsfrequenzen und Drehzahlen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
Ausschnitt des Querschnitts eines Freilaufes durch einen zwischen
Innenring und Außenring angeordneten Klemmkörper,
mit einer Dämpfung des Klemmkörpers durch eine
axial wirkende Dämpfungsfeder,
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2 Darstellung
gem. 1 in der Draufsicht,
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3 einen
Ausschnitt des Querschnitts eines Freilaufes durch einen zwischen
Innenring und Außenring angeordneten Klemmkörper,
mit einer Dämpfung des Klemmkörpers durch eine
axial wirkende Reibeinheit.
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In 1 ist
der Ausschnitt des Querschnitts eines Freilaufes durch einen zwischen
Innenring 1 und Außenring 2 angeordneten
Klemmkörper 3 und in 2 die Draufsicht
dargestellt. Der Klemmkörper 3 weist einen sich
im Querschnitt in der Mitte verjüngenden Bereich auf. Der
Klemmkörper 3 weist in Richtung zum Außenring 2 zwei
sich in Drehrichtung erstreckende Vorsprünge 3.1 und 3.2 und
in Richtung zum Innenring zwei sich in Drehrichtung erstreckende
Vorsprünge 3.3 und 3.4 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,
der Käfiganschläge 5a für die
Vorsprünge 3.3 der Klemmkörper 3 aufweist.
Die radial innen liegenden Vorsprünge 3.3 und 3.4 gleiten
in Gleitflächen 5.3, 5.4 (s. 1).
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Eine
Vorspannfeder 4 wirkt jeweils auf den in der Darstellung
gem. 1 links davor angeordneten Klemmkörper 3 im
Bereich der in Richtung zum Außenring 2 radial
außen liegenden Seite (Kontaktfläche 3a)
des Klemmkörpers 3 in Richtung zum Innenring 1 und
in Klemmrichtung und überträgt eine Grundvorspannung
auf den jeweiligen Klemmkörper 3.
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Weiterhin
wirkt gem. 1 und 2 radial außen
an dem in Richtung zum Außenring weisenden Bereich des
Klemmkörpers 3 eine Dämpfungsfeder 6,
die axial auf die Klemmkörper 3 wirkt und in Richtung
zum Innenring 1 bei Relativbewegung zu diesem eine Dämpfungsfederkraft
auf den Klemmkörper 3 überträgt.
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Anstelle
der Verwendung einer Dämpfungsfeder 6 ist es gem. 3 auch
möglich, eine Reibeinheit 7 zu verwenden, die
einen Anschlag 7a für den Klemmkörper
aufweist und sich am Innenring 1 abstützt. Der
radial außen liegende erweiterte Bereich des Klemmkörpers 3 schlägt
hier mit dem Vorsprung 3.2 am Anschlag 7 an. Auch
gem. 3 weist der Freilaufkäfig 5 einen
Käfiganschlag 5a auf. Dadurch wird die Reibung
im Betrieb mit geringer Freilaufdynamik weiter minimiert und der
Wirkungsgrad erhöht.
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Für
die Betriebszustände mit geringer Freilaufdynamik wird
durch die erfindungsgemäße Lösung eine
käfigfeste Anfederung für jeden Klemmkörper
geschaffen, welche bei Klemmkörperschwenkbewegungen über
dessen Oberfläche gleitet und dadurch reibend Energie abbaut.
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Sowohl
in der Ausführungsvariante gem. 1 und 2 als
auch in der Ausführungsvariante gem. 3 schlägt
der Klemmkörper 3 bei hoher Freilaufdynamik mit
dem Vorsprung 3.3 gegen den Käfiganschlag 5a.
Aufgrund der im Gegensatz zum Freilaufkäfig 5 größeren
Gegenkraft erzeugt durch die Reibeinheit 7, welche im radial äußeren
Bereich des Klemmkörpers 3 angreift, entsteht
ein Drehmoment, welches den Klemmkörper 3 in den
Klemmspalt (nicht dargestellt) dreht. Dies ist für die
Betriebszustände mit hoher Freilaufdynamik maßgeblich,
bei denen diese Vorrichtung nicht mehr in der Lage ist, die komplette
kinetische Restenergie der Klemmkörper abzubauen, wird
die verbleibende Energie durch Anschlag an den Freilaufkäfig
abgegeben, so dass sich die Gesamtheit von Käfig und allen
Klemmkörpern relativ zum Innenring verdreht (Rutschvorgang).
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Insgesamt
wird durch die erfindungsgemäße Losung bei hoher
Freilaufdynamik die kinetische Restenergie aller Klemmkörper
durch Reibung abbaut und die Klemmkörper für den
nächsten Klemmzyklus in den Klemmspalt gelegt, ohne dass
diese Reibung Wirkungsgradnachteile des Getriebes bei geringer Freilaufdynamik
bedingt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Innenring
- 2
- Außenring
- 3
- Klemmkörper
- 3.1,
3.2
- außen
angeordnete Vorsprünge des Klemmkörpers
- 3.3,
3,4
- innen
angeordnete Vorsprünge des Klemmkörpers
- 3a
- erste
Kontaktfläche
- 3b
- zweite
Kontaktfläche
- 4
- Vorspannfeder
- 5
- Freilaufkäfig
- 5a
- Käfiganschlag
- 5.3,
5.4
- Gleitflächen
- 6
- Dämpfungsfeder
- 7
- Reibeinheit
- 7a
- Anschlag
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007014456
A1 [0004]
