DE102010052922A1 - Rollenfreilauf - Google Patents
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-
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft einen Rollenfreilauf mit einem am Außenumfang mit über den Umfang verteilten Klemmrampen versehenen Innenring, einem radial außerhalb des Innenrings angeordneten Außenring mit einer zylindrischen Innenumfangsfläche sowie über den Umfang verteilten, in einem durch Außenumfang und Innenumfang gebildeten Spaltraum aufgenommenen Klemmrollen.
- Hintergrund der Erfindung
- Ein Rollenfreilauf der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der
DE 10 2008 058 194 A1 bekannt. Hierbei werden über den Umfang verteilte Klemmrollen in einem Spaltraum zwischen einer zylinderförmig ausgebildeten Innenumfangsfläche eines Außenrings und einem mit Klemmrampen ausgebildeten Außenumfang eines Innenrings untergebracht. Die Klemmrollen werden dabei jeweils stirnseitig in einem Federelement aufgenommen, wodurch die Klemmrollen gegen die Innenumfangsflächen angefedert untergebracht sind. Infolge der Wirkung der Federelemente in Richtung der Innenumfangsfläche werden insbesondere im Leerlauf wie Überrollmodus des Rollenfreilaufs gegen den in Überrollrichtung schnell drehenden Außenring gedrückt. Hieraus kann eine Verschlechterung des Wirkungsgrades infolge erhöhter Reibung im Überrollmodus insbesondere bei hohen Gleitreibungsanteilen der Klemmrollen zu dem Außenring resultieren. Weiterhin kann bei einer Richtungsumkehr des Außenrings gegenüber dem Innenring in den Übertragungsmodus wie klemmenden Zustand, bei dem Drehmoment zwischen Innenring und Außenring übertragen wird, eine hohe Beschleunigung der Klemmrollen auftreten, wodurch die Schaltgenauigkeit des Rollenfreilaufs leidet. - Aufgabe der Erfindung
- Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Rollenfreilauf in der Weise zu verbessern, dass dessen Wirkungsgrad und dessen Schaltgenauigkeit verbessert werden.
- Allgemeine Beschreibung der Erfindung
- Die Aufgabe wird durch einen Rollenfreilauf mit einem am Außenumfang mit über den Umfang verteilten Klemmrampen versehenen Innenring, einem radial außerhalb des Innenrings angeordneten Außenring mit einer zylindrischen Innenumfangsfläche sowie über den Umfang verteilten, in einem durch Außenumfang und Innenumfang gebildeten Spaltraum aufgenommenen Klemmrollen gelöst, wobei die Klemmrollen in einem drehfest mit dem Innenring verbundenen Käfig entlang jeweils einer Klemmrampe begrenzt verlagerbar aufgenommen sind und in Umfangsrichtung und radial elastisch gegenüber der Klemmrampe vorgespannt sind. Durch die Vorspannung der Klemmrollen gegenüber dem Innenring wird der Außenring im Überrollmodus weniger abgebremst beziehungsweise kann mit verringertem Widerstand drehen, so dass der Wirkungsgrad des Rollenfreilaufs zunimmt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Klemmrollen im Überrollmodus gegenüber dem Außenring mit Radialspiel versehen, so dass der Außenring im Überrollmodus frei drehen kann und der Rollenfreilauf mit einem besonders hohen Wirkungsgrad und kleiner Massenträgheit ausgebildet werden. Weiterhin liegen die Klemmrollen unter radialer Vorspannung an dem Innenring an, so dass beim Schalten des Rollenfreilaufs in Form einer Relativverdrehung von Außenring und Innenring die Klemmrollen zuverlässig auf den Rampen abwälzen und somit die Schaltgenauigkeit gesteigert werden kann. Im Weiteren können sich nach dem Schalten des Rollenfreilaufs in den Überrollmodus gegebenenfalls schwingende Klemmrollen an dem Innenring beruhigen, ohne den Außenring dabei zu stören.
- In vorteilhafter Weise ist der Käfig aus zwei miteinander axial fest verbundenen Käfigscheiben gebildet, die jeweils drehfest an den Klemmrampen aufgenommen sind, indem diese zumindest teilweise das Außenumfangsprofil des Innenrings mit den Klemmrampen komplementär nachbilden. Die beiden Käfigscheiben sind bevorzugt axial beispielsweise mittels über den Umfang verteilter Stifte beabstandet verbunden und weisen über den Umfang verteilte Öffnungen auf, in die axiale Erweiterungen eines Innenteils der Klemmrollen eingreifen. Diese axialen Erweiterungen sind bevorzugt als axiale Zapfen kleineren Durchmessers als der Außendurchmesser der Klemmrollen ausgebildet und greifen jeweils axial in die gegenüberliegenden Öffnungen der Käfigscheiben ein. Um die funktionell notwendige begrenzte Verlagerung der Klemmrollen in Umfangsrichtung entlang der Klemmrampen mit der dadurch bedingten Radialverlagerung an den Innenumfang des Außenrings vorzusehen, sind die Öffnungen als sich in Umfangsrichtung und in radiale Richtung im Wesentlichen dem Verlauf der Klemmrampen folgende Langlöcher ausgebildet.
- Dabei wird gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel zwischen den Klemmrollen und zumindest einer Käfigscheibe eine die Klemmrollen mit einer Normalkraft und einer entgegen einer Drehrichtung des Innenrings wirksamen Transversalkraft beaufschlagende Drahtfeder vorgesehen. Diese Drahtfeder kann einteilig mit jeweils einer Rampe zur Beaufschlagung einer Klemmrolle ausgebildet sein. Dabei kann die Steigung der Rampen größer als die Steigung der Öffnungen in den Käfigscheiben beziehungsweise der Klemmrampen sein, so dass mit zunehmender Relativverdrehung von Innen- und Außenring gegeneinander eine Tangentialkraft zwischen Klemmrolle und Rampe ausgebildet wird. Hierbei greift jeweils eine Rampe einer Drahtfeder an dem Zapfen der Klemmrollen an. In bevorzugter Weise können zwei Drahtfedern jeweils zwischen den stirnseitigen Enden der Klemmrollen und den Käfigscheiben angeordnet werden. Zur Verminderung der Federkraft kann die Drahtfeder einseitig offen sein, so dass ein Teil der Federelastizität durch Öffnung der Drahtfeder erzielt werden kann.
- Je nach Größe des zu übertragenden Drehmoments können ein oder mehrere axial nebeneinander angeordnete Sätze wie Klemmrollenkränze über den Umfang verteilter Klemmrollen vorgesehen sein.
- Durch die Unterbringung der Vorspannungselemente wie Drahtfedern axial neben den Klemmrollen können diese in Umfangsrichtung eng geschichtet werden und einen kleinen Durchmesser ausbilden, so dass eine hohe Anzahl kleiner Klemmrollen über den Umfang verteilt werden kann. Weiterhin weisen diese durch ihre kleine Bauform eine geringe Massenträgheit auf, so dass Schaltvorgänge mit hoher Schaltfrequenz ausgeführt werden können. Der erfindungsgemäße Rollenfreilauf weist daher eine hohe Anzahl von beispielsweise mehr als 16 bevorzugt mehr als 20 über den Umfang verteilten Klemmrollen pro Klemmrollensatz auf. Die Klemmrollen können als Rollenlager ausgebildet sein, deren mit dem Außenring in Kontakt tretender Mantel gegenüber dessen Innenteil mit den in die Öffnungen der Käfigscheiben eingreifenden Zapfen beispielsweise mittels Nadeln wälzgelagert ist.
- Der erfindungsgemäße Rollenfreilauf eignet sich insbesondere für hochfrequente Anwendungen, die bei hohen Drehzahlen unter hoher Last arbeiten und gegebenenfalls hohe Schaltfrequenzen erfordern, beispielsweise aus der
DE 102009037480 A1 bekannte stufenlos verstellbare Kurbelgetriebe (CCVT, Crank-CVT), Hybrid- oder Elektromotorantriebe mit schnellen Zuschaltungen von Rotoren oder dergleichen. - Kurze Beschreibung der Figuren
- Die Erfindung wird anhand der in den
1 bis6 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen: -
1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Rollenfreilaufs, -
2 eine Schrägansicht des Rollenfreilaufs der1 bei abgenommenem Außenring, -
3 einen Klemmrollenkranz des Rollenfreilaufs der1 und2 in Ansicht, -
4 eine Explosionsdarstellung des Klemmrollenkranzes der3 , -
5 einen Ausschnitt des Rollenfreilaufs der1 im Übertragungsmodus und -
6 einen Ausschnitt des Rollenfreilaufs der1 im Leerlaufmodus. - Ausführliche Beschreibung der Figuren
- Figur zeigt den Rollenfreilauf
1 , wie er beispielsweise in einem kontinuierlich verstellbaren Kurbelgetriebe (Crank Continous Variable Transmission, CCVT) eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird, in Ansicht. Der Außenring2 mit der Antriebsöse3 , mittels der der Außenring2 um einen begrenzten Winkel durch eine Kurbel um die Drehachse4 angetrieben wird, weist am Innenumfang die Innenumfangsfläche5 auf. Radial innerhalb der Innenumfangsfläche ist der als Innenstern ausgebildete Innenring6 mit dem Außenumfang7 untergebracht. Der Außenumfang7 weist über den Umfang verteilte Klemmrampen8 auf und begrenzt mit der Innenumfangsfläche den Spaltraum10 , in dem jeweils auf einer Klemmrampe8 die über den Umfang verteilten Klemmrollen9 untergebracht sind. Die Klemmrollen9 sind in dem Käfig11 entlang den Klemmrampen8 , also radial und in Umfangsrichtung begrenzt verlagerbar und unter Vorspannung gegen diese aufgenommen. Hierzu dient die Drahtfeder12 , die hier lediglich zwischen den Öffnungen13 des Käfigs11 teilweise einsehbar ist. -
2 verdeutlicht den Aufbau des Rollenfreilaufs1 in Schrägansicht bei abgenommenem Außenring2 (1 ), so dass der Einblick auf den Innenring6 mit dem die Klemmrampen8 enthaltenden Außenumfang7 , der hier für die Unterbringung mehrerer nebeneinander angeordneter Klemmrollenkränze14 vorgesehen ist. Jeweils ein Klemmrollenkranz14 enthält den aus den beiden Käfigscheiben15 gebildeten Käfig, die Klemmrollen9 sowie zwei jeweils zwischen den stirnseitigen Enden der Klemmrollen9 und den Käfigscheiben15 angeordnete Drahtfedern12 . Der Klemmrollenkranz14 ist mittels eines zu den Klemmrampen8 komplementären Innenprofils16 der Käfigscheiben15 drehfest mit dem Innenring6 verbunden. - Aus den
3 und4 ist der Klemmrollenkranz14 der2 in Ansicht beziehungsweise Explosionsdarstellung ersichtlich. Die beiden Käfigscheiben15 sind mittels der Käfigstreben17 miteinander verbunden und nehmen zwischen sich die Klemmrollen9 auf. Hierzu sind beidseitig an den stirnseitigen Enden der Klemmrollen9 axial erweiterte Zapfen18 kleineren Durchmessers vorgesehen, die in die Öffnungen13 der Käfigscheiben15 axial eingreifen. Die Öffnungen13 sind in Form von Langlöchern ausgebildet, deren Steigung im Wesentlichen den Klemmrampen8 (1 und2 ) entspricht, so dass die Klemmrollen9 entlang den Klemmrampen verlagerbar sind und damit bei einer Relativverdrehung von Innenring6 und Außenring2 (1 und2 ) den Leerlaufmodus und den Übertragungsmodus zwischen diesen steuern. - Die Verlagerung der Klemmrollen
9 erfolgt entgegen der Wirkung der Drahtfedern12 , die einseitig offen ausgebildet sind und Rampen19 aufweisen, deren Steigung die Richtung der Klemmrampen aufweist, jedoch steiler als die Steigung dieser ausgebildet ist. Die Rampen19 beaufschlagen jeweils einen Zapfen18 der Klemmrollen9 so, dass die Klemmrollen unter Vorspannung an die Klemmrampen8 (1 und2 ) angelegt sind. Die Öffnung der Drahtfedern12 erlaubt eine weichere Auslegung dieser durch Ringerweiterung, für steifere Ausbildung können die Drahtfedern12 auch geschlossen ausgeführt sein. -
5 zeigt einen Ausschnitt des Rollenfreilaufs1 der1 und2 im Übertragungsmodus, bei dem die Klemmrollen9 zwischen der Innenumfangsfläche5 des Außenrings2 und den Klemmrampen8 des Außenumfangs7 des Innenrings6 geklemmt sind, so dass der mit der Transversalkraft TA drehende Außenring2 den mit der Last TI bremsenden Innenring6 antreibt. Hierbei sind die Rampen19 der Drahtfedern12 jeweils vorgespannt. Demzufolge wirkt auf die Klemmrollen9 beziehungsweise deren Zapfen18 die Federkraft Ff, die in eine Tangentialkraft FfT und die Normalkraft FfN aufgeteilt ist. Nimmt die Transversalkraft TA ab, treibt der Außenring2 nicht mehr an sondern verdreht – wie in6 gezeigt – mit einer zu der Drehgeschwindigkeit ωI des Innenrings6 entgegengesetzter Drehgeschwindigkeit ωA. Dadurch wechselt der Rollenfeilauf1 in den Leerlauf, wobei die Klemmrollen9 durch die Wirkung der vorgespannten Rampen19 und der sich in Umfangsrichtung verlagernden Klemmrampen8 schlagartig nach radial innen und um den Weg x gegen die Drehrichtung des Innenrings6 in die gezeigte Leerlaufposition verlagert, quasi geschossen werden, so dass sich zwischen der Innenumfangsfläche5 und den Klemmrollen9 das Radialspiel s einstellt. In der Leerlaufposition können sich die Klemmrollen9 beruhigen, bevor sie infolge der wirksamen Tangentialkraft FfT wieder entlang der Steigung der Öffnungen13 wieder in Wälzkontakt mit der Innenumfangsfläche5 treten. Hierdurch werden die verlustreichen Gleitreibungszustände der Klemmrollen9 gegenüber der Innenumfangsfläche5 vermieden beziehungsweise verringert, so dass der Wirkungsgrad des Rollenfreilaufs steigt und die Steuerfrequenz durch die in Leerlaufposition beruhigten Klemmrollen9 gesteigert werden kann. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Rollenfreilauf
- 2
- Außenring
- 3
- Antriebsöse
- 4
- Drehachse
- 5
- Innenumfangsfläche
- 6
- Innenring
- 7
- Außenumfang
- 8
- Klemmrampe
- 9
- Klemmrolle
- 10
- Spaltraum
- 11
- Käfig
- 12
- Drahtfeder
- 13
- Öffnung
- 14
- Klemmrollenkranz
- 15
- Käfigscheibe
- 16
- Innenprofil
- 17
- Käfigstreben
- 18
- Zapfen
- 19
- Rampe
- Ff
- Federkraft
- FfN
- Normalkraft
- FfT
- Tangentialkraft
- s
- Radialspiel
- TA
- Transversalkraft
- TI
- Last
- x
- Weg
- ωA
- Winkelgeschwindigkeit
- ωI
- Winkelgeschwindigkeit
- 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
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- DE 102008058194 A1 [0002]
- DE 102009037480 A1 [0009]
Claims (10)
- Rollenfreilauf (
1 ) mit einem am Außenumfang (7 ) mit über den Umfang verteilten Klemmrampen (8 ) versehenen Innenring (6 ), einem radial außerhalb des Innenrings (6 ) angeordneten Außenring (2 ) mit einer zylindrischen Innenumfangsfläche (5 ) sowie über den Umfang verteilten, in einem durch Außenumfang (7 ) und Innenumfangsfläche (5 ) gebildeten Spaltraum (10 ) aufgenommenen Klemmrollen (9 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmrollen (9 ) in einem drehfest mit dem Innenring (6 ) verbundenen Käfig (11 ) entlang jeweils einer Klemmrampe (8 ) begrenzt verlagerbar aufgenommen sind und radial und in Umfangsrichtung elastisch gegenüber den Klemmrampen (8 ) vorgespannt sind. - Rollenfreilauf (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (11 ) aus zwei miteinander axial fest verbundenen Käfigscheiben (15 ) mit über den Umfang verteilten Öffnungen (13 ) ausgebildet ist, in die axial erweiterte Zapfen (18 ) eines Innenteils der Klemmrollen (9 ) eingreifen. - Rollenfreilauf (
1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (13 ) als sich in Umfangsrichtung und in radiale Richtung im Wesentlichen dem Verlauf der Klemmrampen (8 ) folgende Langlöcher ausgebildet sind. - Rollenfreilauf (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Klemmrollen (9 ) und zumindest einer Käfigscheibe (15 ) eine die Klemmrollen (9 ) mit einer Normalkraft und einer entgegen einer Drehrichtung des Innenrings (6 ) wirksamen Tangentialkraft beaufschlagende Drahtfeder (12 ) vorgesehen ist. - Rollenfreilauf (
1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtfeder (12 ) einteilig mit jeweils einer Rampe (19 ) zur Beaufschlagung einer Klemmrolle (9 ) ausgebildet ist. - Rollenfreilauf (
1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steigung der Rampen (19 ) größer als eine Steigung der Öffnungen (13 ) ist. - Rollenfreilauf (
1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtfeder (12 ) die Form eines geöffneten Rings aufweist. - Rollenfreilauf (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Wechsel in einen Leerlaufmodus des Rollenfreilaufs (1 ) zumindest kurzzeitig ein Radialspiel (s) zwischen Außenring (2 ) und Klemmrollen (9 ) eingestellt ist. - Rollenfreilauf (
1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Radialspiel (s) mittels der elastischen Vorspannung eingestellt ist. - Rollenfreilauf (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sätze von Klemmrollenkränzen (14 ) axial nebeneinander angeordnet sind.
Priority Applications (1)
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Publications (1)
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DE102010052922A1 true DE102010052922A1 (de) | 2012-05-31 |
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Family Applications (1)
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Legal Events
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