DE102010050071A1

DE102010050071A1 - Freilaufanordnung, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe

Info

Publication number: DE102010050071A1
Application number: DE102010050071A
Authority: DE
Inventors: Làszlo Dr. Màn
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-11-09
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2011-05-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Freilaufanordnung, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe mit einem Innenring, einem relativ zum Innenring in mindestens einer Drehrichtung drehbaren Außenring, der radial um den Innenring herum angeordnet ist, mehreren nockenförmig ausgebildeten Klemmkörpern 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, wobei die Feder gleichzeitig auf den Kopfbereich und den Fußbereich benachbarter Klemmkörpers wirkt und die Führung der Klemmkörper gewährleistet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Freilaufanordnung, 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 Relatiwerdrehrichtung 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.
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.
In DE 102 43 533 A1 wird eine Umschalteinrichtung beschrieben, 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.
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.
Die vorgenannten Lösungen weisen den Nachteil auf, dass durch die einfach wirkenden Schenkelfedern die Dämpfungs- und Fliehkraftkompensation nicht vollständig ausgenutzt werden kann bzw. dass die Kompensation nur mit einem hohen Wirkungsgradverlust einhergeht oder dass bei den Z-Federn die Gefahr besteht, dass die Klemmkörper bei vollem Moment abheben.
Es ist weiterhin der Einsatz von doppelt wirkenden Z-Federn bekannt, die über Bolzen am Käfig befestigt sind und die in Dämpfungslage mit einem Schenkel auf den radial außen liegenden Bereich eines Klemmkörpers und mit einem zweiten Schenkel auf den radial innen liegenden Bereich eines benachbarten Klemmkörpers wirken, wobei in der maximalen Schwenkstellung kein Kontakt des ersten Schenkels zum Klemmkörper mehr vorhanden ist. Diese doppelt wirkenden Schenkelfedern gewährleisten bereits eine gute Dämpfung. Nachteilig dabei ist, dass die Führungsfläche des Käfigs (Epizykloide), die am entsprechenden Führungselement mit Gleitflächen erfolgt, unterbrochen werden muss, wodurch die Führung des Klemmkörpers über eine, um ein Vielfaches reduzierte, Fläche stattfindet. Ein Nachteil dieser Lösungen besteht daher darin, dass ein hoher Verschleiß durch die reduzierte Führungsfläche des Käfigs zu verzeichnen ist, der die Freilauffunktion nachteilig beeinflusst.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Freilaufanordnung, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe, zu entwickeln, welche eine doppelt wirkende Klemmkörperanfederung (Kopf- und Fußanfederung) aufweist und eine große (verschleißfeste) Führungsfläche in Verbindung mit einem verschleißarmen Käfig bereitstellt.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Freilaufanordnung, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe, weist einen Innenring, einem relativ zum Innenring in mindestens einer Drehrichtung drehbaren Außenring, der radial um den Innenring herum angeordnet ist, auf, wobei mehrere nockenförmig ausgebildete Klemmkörper mit einem Fußbereich und einem Kopfbereich zwischen dem Innenring und Außenring in einem Käfig angeordnet und durch die radial nach innen wirkende Federkraft einer Feder in Richtung zum Innenring beaufschlagbar sind, wobei die Feder die Führung der Klemmkörper gewährleistet. Vorzugsweise wirkt die Feder dabei gleichzeitig auf den Kopfbereich und den Fußbereich benachbarter Klemmkörper und sitzt zwischen den Klemmkörpern und dem Käfig.
Durch diese neuartige und erfinderische konstruktive Gestaltung kommen die Klemmkörper mit dem Käfig nicht mehr direkt in Berührung. Die Führung der Klemmkörper erfolgt in jedem Betriebspunkt an der harten Federfläche der Feder.
Vorteilhafter Weise erfolgt die Führung der Klemmkörper in jedem Betriebspunkt an der Führungsfläche der Feder, wobei sich die Feder insbesondere über die gesamte Breite der Klemmkörper erstreckt. Dadurch, dass die Federfläche die gesamte Klemmkörperbreite erfasst, ergibt sich eine größtmögliche Führungs- und Anschlagsfläche.
Insbesondere weist die Führungsfläche der Feder die Form einer Epizykloide auf und befindet sich zwischen dem Käfig und dem Klemmkörper. Da der Klemmkörper ausschließlich an dem breiten harten Federmaterial reibt, ist ein wesentlich geringerer Verschleiß als bisher zu verzeichnen.
Der Käfig weist in Richtung zum Innenring Führungselemente auf, wobei jedes Führungselement durch eine Feder zumindest teilweise umschlossen wird. Die Führungselemente besitzen ebenfalls, insbesondere in Richtung zu dem Fußbereich benachbarter Klemmkörper, die Form einer Epizykloide, wobei die Führungselemente jeweils so von der Feder umschlossen sind, dass diese der Form der Epizykloide folgt, so dass die Feder formschlüssig an den Führungselementen des Käfigs aufgenommen ist. Die Klemmkörper gleiten dadurch jeweils mit ihren Fußbereichen an den Führungsflächen der Federn entlang.
Vorzugsweise werden die Federn aus einem blattförmigen Federmaterial gebogen und deren Breite entspricht im Wesentlichen der Breite der Klemmkörper.
Jede Feder wirkt mit einem ersten Ende gegen den Kopfbereich eines Klemmkörpers und mit dem zweiten Ende gegen den Fußbereich des benachbarten Klemmkörpers mit einer radial nach innen gerichteten Federkraft. Die Feder ist von ihrem ersten Ende aus in einem ersten Bereich in Richtung zu dem benachbarten Klemmkörper gebogen Es schließt sich dann eine entgegengesetzte Biegung an, auf die ein zweiter Bereich folgt, der zum benachbarten Klemmkörper entgegengerichtet ist. Anschließend weist die Feder einen dritten Bereich auf, an den eine erste Führungsfläche und eine zweite Führungsfläche für die Fußbereiche benachbarter Klemmkörper ausgebildet sind. Anschließend ist die Feder an ihrem zweiten Ende in Richtung zum benachbarten Klemmkörper gebogen und weist und bildet einen Anschlag für den Fußbereich des benachbarten Klemmkörpers, wobei der Anschlag an einer Anschlagfläche des Käfigs, die insbesondere an einem Führungselement ausgebildet ist, abstützt. Die Führungselemente des Käfigs, die die Feder formschlüssig aufnehmen, werden bevorzugt mittels Stiften am Käfig befestigt. Die bisher übliche Befestigung der Federn, die bisher meist über den Führungselementen des Käfigs angeordnet war, kann dadurch entfallen. Um die Federn auf den Führungselementen zu montieren, ist der Käfig zweiteilig ausgeführt und nach der Montage der Federn werden die Käfighälften miteinender verstiftet.
Vorteilhaft ist weiterhin die durch die neuartige konstruktive Gestaltung starke Käfigausführung, da sie nur durch nur eine Bohrung im spannungsunkritischen Bereich pro Feder geschwächt wird. Darüber hinaus erlaubt der Aufbau im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen den Einbau von mehr Klemmkörpern im Freilauf, wodurch die Tragfähigkeit des Freilaufs steigt.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird durch den Einsatz großer, verschleißfester Führungsflächen in Verbindung mit einem verschleißarmen Käfig die Lebensdauer der Freilaufanordnung verlängert und die Tragfähigkeit erhöht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Teilschnittdarstellung eines Freilaufes durch zwei benachbarte Klemmkörper,
2 eine Schnittdarstellung eines Freilaufes durch zwei benachbarte Klemmkörper in nominaler Lage,
3 eine Schnittdarstellung eines Freilaufes durch zwei benachbarte Klemmkörper in Dämpfungslage,
4 eine Schnittdarstellung eines Freilaufes durch zwei benachbarte Klemmkörper bei maximalem Moment,
5 eine dreidimensionale Darstellung der Feder.
In 1 ist der Ausschnitt des Querschnitts einer Freilaufanordnung durch zwischen Innenring 1 und Außenring 2 in einem Käfig 5 angeordnete nockenförmige Klemmkörper 3 dargestellt. Die Klemmkörper 3 weisen einen sich im Querschnitt in der Mitte verjüngenden Bereich auf. Weiterhin weisen die Klemmkörper 3 in Richtung zum Innenring 1 einen sich erweiternden Fußbereich 3.1 mit ersten Vorsprüngen 3.1' und in Richtung zum Außenring 2 einen sich erweiternden Kopfbereich 3.2 mit zweiten Vorsprüngen 3.2' auf. An dem Innenring 1 greift der Klemmkörper 3 mit einer ersten Kontaktfläche 3a und am Außenring 2 mit einer zweiten Kontaktfläche 3b an.
Die Klemmkörper 3 sitzen in einem Freilaufkäfig 5 zwischen Führungselementen 6 des Käfigs 5 und sind an diesem mittels Stiften 7 befestigt.
Auf jeweils zwei benachbarte Klemmkörper 3 wirkt eine am Führungselement 6 formschlüssig aufgenommene befestigte Feder 4, die das Führungselement 6 weitestgehend umschließt. Die Feder 4 wirkt mit einem ersten Ende 4.1 gegen den Kopfbereich 3.2 des hier links angeordneten Klemmkörpers 3 und mit dem zweiten Ende 4.1 gegen den Fußbereich 3.1 des benachbarten (hier) rechten Klemmkörpers 3 und drückt diese in Richtung zum Innenring 1. Das Führungselement 6 weist in Richtung zu den Fußbereichen 3.1 der benachbarten Klemmkörper 3 die Form einer Epizykloide auf und die Feder 4 folgt dieser Form und liegt zumindest bereichsweise an dem Führungselement 6 an. An der Feder 4 sind im Bereich beidseitig des Führungselementes 6 Führungsflächen 4F ausgebildet, die ebenfalls die Form einer Epizykloide besitzen. Weiterhin stützt sich die Feder 4 auf der Oberseite 6.1 des Führungselementes 6 ab. Die Fußbereiche 3.1 der Klemmkörper 3 werden mit ihren Vorsprüngen 3.1' an der Führungsfläche 4F der Feder 4 geführt. Dabei können sich Bereiche der Feder 4 mit den Führungsflächen 4F an dem Führungselement 6 abstützen. Weiterhin weist das Führungselement 6 eine Anschlagfläche 6A für das zweite Ende 4.2 der Feder 4 auf, wobei das zweite Ende der Feder 4 wiederum eine Anschlagfläche 4A für den Klemmkörper 3 aufweist.
Eine Schnittdarstellung eines Freilaufes durch zwei benachbarte Klemmkörper 3, die zwischen einem Innenring 1 und einem Außenring 2 in einem Käfig 5 aufgenommen sind, in nominaler Lage zeigt 2, in Dämpfungslage 3 und bei maximalem Moment 4.
Jede Feder 4 wird von einem am Käfig befestigten Führungselement aufgenommen. An den Führungsflächen 4F der Feder 4 gleiten die Vorsprünge 3.1' der Fußbereiche 3.2 der Klemmkörper entlang, wenn sie aus einer nominalen Lage (2) in eine Dämpfungslage (3) oder in die Lage gemäß 4 bei maximalem Moment geschwenkt werden.
Lediglich in der Lage bei maximalem Moment gemäß 4 liegt der Fußbereich 3.1 des hier links angeordneten Klemmkörpers 3 nicht an dem Führungsbereich 4f der Feder 4 an. Die mittige Einschnürung der Klemmkörper 3 ist so gestaltet, dass der Bereich der Feder 4, der vom Führungselement 6 aufgenommen wird, in nominaler Lage und in Dämpfungslage zumindest teilweise darin eingreifen kann. In diesen Lagen umgreift die Feder 4 auch den entsprechenden Vorsprung 3.2' des Kopfbereiches 3.2, an welchem sie mit ihrem ersten Ende 4.1 anliegt.
In nominaler Lage gemäß 3 wird das zweite Ende 4.2 der Feder 4 durch den Vorsprung 3.2' des Fußbereiches 3 des Klemmkörpers 3 federnd gegen den Anschlag 6A am Führungselement gedrückt. Das zweite Ende 4.2 der Feder 4 stellt damit einen Anschlag 4A für den Klemmkörper 3 bereit, begrenzt dessen Drehbewegung und wirkt dämpfend.
In 5 wird eine dreidimensionale Darstellung der Feder 4 gezeigt. Die Feder 4 ist im Wesentlichen in Form einer Z-Feder ausgebildet und aus blattförmigen/bandförmigem Federstahl gefertigt und deren Breite b entspricht in etwa der Breite der hier nicht dargestellten Klemmkörper. Sie weist im Wesentlichen folgende konstruktiven Merkmale auf:

– An das erste Ende 4.1 schließt sich ein erster Abschnitt A an, der sich im Wesentlichen geradlinig in Richtung zum Fußbereich eines Klemmkörpers (hier nicht dargestellt) erstreckt,
– einen sich an den ersten Abschnitt A anschließenden gebogenen zweiten Bereich B,
– einen sich an den gebogenen zweiten Bereich B anschließenden, im Wesentlichen geradlinigen dritten Bereich C, der in die gleiche Richtung wie der Bereich A weist, einen sich an den dritten Bereich C anschließenden gebogenen vierten Bereich D, der gemeinsam mit dem Bereich C ein hier nicht dargestelltes Führungselement umschließt und die Führungsflächen 4F aufweist,
– einen sich an den vierten Bereich D entgegen zu den Bereichen A und C erstreckenden fünften Bereich E mit dem zweiten Ende 4.2 der Feder 4.

Durch die neuartige Gestaltung des Freilaufes kommt der Klemmkörper nicht mehr direkt mit dem Käfig in Berührung, da dieser an der Feder geführt wird. Dabei erfolgt die Führung der Klemmkörper in jedem Betriebspunkt an der harten Federfläche, wodurch der Verschleiß sich erheblich reduziert.
Vorteilhaft ist weiterhin die nun mögliche starke Käfigausführung, da sie nur durch eine Bohrung im spannungsunkritischen Bereich pro Feder geschwächt wird.
Bezugszeichenliste

1: Innenring
2: Außenring
3: Klemmkörper
3.1: Fußbereich
3.1': erste Vorsprünge des Fußbereichs
3.2: Kopfbereich
3.2': zweite Vorsprünge des Kopfbereichs
4: Feder
4.1: erstes Ende
4.2: zweites Ende
4A: Anschlagfläche
4F: Führungsflächen
5: Käfig
6: Führungselement
6.1: Oberseite des Führungselementes
6A: Anschlag
7: Stift
A: erster Bereich
B: zweiter Bereich
C: dritter Bereich
D: vierter Bereich
E: fünfter Bereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1650071 A2 [0004]
DE 10243533 A1 [0005]
DE 69326387 T2 [0006]

Claims

Freilaufanordnung, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe mit einem Innenring (1), einem relativ zum Innenring (1) in mindestens einer Drehrichtung drehbaren Außenring (2), der radial um den Innenring (1) herum angeordnet ist, mehreren nockenförmig ausgebildeten 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 (4) in Richtung zum Innenring (1) beaufschlagbar sind, wobei die Feder (4) gleichzeitig auf den Kopfbereich (3.2) und den Fußbereich (3.1) benachbarter Klemmkörper (3) wirkt und die Führung der Klemmkörper (3) gewährleistet.
Freilaufanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder zwischen Klemmkörper (3) und Käfig (5) sitzt.
Freilaufanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsfläche der Feder (4) die Form einer Epizkloide aufweist und die Führung der Klemmkörper (3) in jedem Betriebspunkt an der Führungsfläche der Feder (4) erfolgt.
Freilaufanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Feder (4) über die gesamte Breite der Klemmkörper (3) erstreckt und dass die Klemmkörper (3) mit ihren Fußbereichen (3.1) an den Führungsflächen der Federn (4) geführt werden/entlanggleiten.
Freilaufanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (5) in Richtung zum Innenring (1) Führungselemente (6) aufweist, wobei jedes Führungselement (6) durch eine Feder (4) zumindest teilweise umschlossen wird.
Freilaufanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente (6) in Richtung zu dem Fußbereich (3.1) benachbarter Klemmkörper (3) die Form einer Epizykloide aufweisen und dass die Führungselemente (6) so von der Feder (4) umschlossen sind, dass diese der Form der Epizykloide folgt.
Freilaufanodnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (4) aus einem blattförmigen Federmaterial gebogen sind und dass die Breite der Federn (4) im Wesentlichen der Breite der Klemmkörper (3) entspricht.
Freilaufanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede Feder (4) mit einem ersten Ende gegen den Kopfbereich (3.2) eines Klemmkörpers (3) und mit dem zweiten Ende gegen den Fußbereich (3.1) des benachbarten Klemmkörpers (3) mit einer radial nach innen gerichteten Federkraft wirkt und dass die Feder (4) von ihrem ersten Ende aus in einem ersten Bereich in Richtung zu dem benachbarten Klemmkörper (3) gebogen ist, sich dann eine entgegengesetzte Biegung anschließt, auf die ein zweiter Bereich folgt, dass die Feder (4) einen dritten Bereich 3 aufweist, an den eine erste Führungsfläche und eine zweite Führungsfläche für die Fußbereiche (3.1) benachbarter Klemmkörper (3) ausgebildet ist und dass das zweite Ende in Richtung zum benachbarten Klemmkörper (3) gebogen ist und einen Anschlag für den Fußbereich (3.1) des benachbarten Klemmkörpers (3) bildet, der an einer Anschlagfläche des Käfigs (5) abstützbar ist.
Freilaufanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Führungselement (6) des Käfigs (5) eine formschlüssige Befestigung für eine Feder (4) bildet und dass die Führungselemente (6) mittels Stiften am Käfig (5) befestigt sind.
Freilaufanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (4) über den gesamten Auslenkungsbereich der Klemmkörper (3) auf den Kopfbereich (3.2) und den Fußbereich (3.1) benachbarter Klemmkörper (3) wirkt.