DE102011016990A1

DE102011016990A1 - Freilauf, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe

Info

Publication number: DE102011016990A1
Application number: DE201110016990
Authority: DE
Inventors: Alexander Dreher
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-04-29
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2011-11-03

Abstract

Freilauf, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe mit einem Innenring, einem Außenring, der radial um den Innenring herum angeordnet ist, mehreren Klemmelemente, die zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind und in ihrer Klemmstellung zur Übertragung eines Drehmomentes in Wirkverbindung mit dem Innenring und dem Außenring bringbar sind wobei erfindungsgemäß die Klemmelemente durch Druckbeaufschlagung mittels eines Druckfluids einer Hydraulikstrecke entgegen der Federkraft einer Feder in den Klemmspalt drückbar und dadurch in Wirkverbindung mit dem Innenring und dem Außenring bringbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Freilauf, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.
Bei bekannten Freiläufen, wie sie beispielsweise aus den Druckschriften DE 10 2004 061 061 A1 und US 5,638,929 bekannt sind, werden die Klemmelemente durch eine Kraft, welche in der Regel durch eine Feder aufgebracht wird, in den Klemmspalt gedrückt, wodurch beim Spannvorgang das Klemmelement rechtzeitig am Spalt anliegt und so die Klemmfunktion erfüllt. Die Feder übernimmt in der Regel auch die Dämpfungsfunktion des Klemmelementes welches nach dem Spannvorgang beim Verlassen des Klemmspaltes bei sich mitdrehendem Innenring noch eine Restenergie besitzt welche herausgedämpft werden muss, um so zu gewährleisten dass beim nächsten Spannvorgang das Klemmelement wieder beim Spannbeginn am Spalt anliegt.
Die Druckschrift DE 10 2004 061 061 A1 betrifft eine Umschaltkupplung zur Übertragung eines Drehmoments um eine Drehachse, mit einem ersten Lagerring mit einer sich in Umfangsrichtung um die Achse herum erstreckenden Lagerfläche, wobei die Lagerfläche in Umfangsrichtung ununterbrochen ist; mit einem zweiten Lagerring mit Ausnehmungen, die in Umfangsrichtung um die Achse herum im Abstand voneinander angeordnet und zu der Lagerfläche des ersten Lagerrings hin offen sind. Jede Ausnehmung weist konvergierende erste und zweite Rampen/Rampen auf und die ersten Rampen weisen in eine Umfangsrichtung und die zweiten Rampen in die andere Umfangsrichtung. Die Kupplung weist weiterhin Wälzkörper auf, die in den Ausnehmungen des zweiten Lagerrings angeordnet sind und an der Lagerfläche des ersten Lagerrings anliegen, sowie ein Käfig mit Taschen, in denen die Wälzkörper derart aufgenommen sind, dass die Umfangsstellung des Käfigs bezüglich des zweiten Lagerrings die Lage der Wälzkörper in den Ausnehmungen bestimmt. Es sind zwei Stellorgane vorgesehen, die bezüglich des zweiten Lagerrings bewegbar sind und durch Einwirkung auf einen der Wälzkörper die Umfangsstellung des Käfigs und der weiteren Wälzkörper bezüglich des zweiten Lagerrings steuern. Die Stellorgane sind an dem inneren Lagerring angeordnet und werden hydraulisch betätigt, wobei die für die Betätigung erforderliche Hydraulikflüssigkeit durch die Welle hindurch zugeführt wird. Zu diesem Zweck weist die Welle zwei Ölkanäle auf, die sich axial durch die Welle erstrecken und in ringförmige Nuten münden, die axial voneinander beabstandet in dem erhöhten Sitz der Welle angeordnet sind.
Es ist weiterhin gemäß der Druckschrift DE 36 39 034 A1 eine Freilauf-Kupplung bekannt, bei welcher das Betätigungselement die Form einer Hülse, welche den inneren Laufring umgibt, ausgebildet ist. Die Hülse hat Aussparungen in ihrer inneren radialen Oberfläche, die Schmiermittel auffangen und einen hydrodynamischen Widerstand erzeugen. insbesondere bei höheren Drehzahlen reicht dieser Widerstand aus, um die Hülse relativ zu dem Klemmkörper-Halter zu verschieben und in Kontakt mit den Klemmkörpern zu treten, wodurch diese von ihrem Kontakt mit der Oberfläche des inneren Laufringes abgehoben werden.
Die vorgenannten Freiläufe weisen den Nachteil auf, dass sie funktionsbedingt immer in eine Richtung durch das Klemmelement sperren und in der anderen Richtung frei durchdrehen können, wobei die Sperrung nicht aufgehoben werden kann. Weiterhin weisen diese Freiläufe ein Schleppmoment auf, das durch die Anfederungskraft auf das Klemmelement hervorgerufen wird. Wird eine Abschaltung gewünscht um den Innenring in die entgegengesetzte Richtung (welche der Klemmrichtung entspricht) drehen zu können muss die Anfederungskraft außer Funktion gesetzt werden und das Klemmelement aus der Spaltlage gezogen werden. Dadurch kommt es zu Wirkungsgradverlusten.
Auch ist zumeist bei ölgeschmierten Freiläufen (ebenfalls in Druckschrift DE 36 39 034 A1 beschrieben) eine Zwangsbeölung notwendig, so dass es einer zusätzlichen Ölpumpe bedarf.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Freilauf, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe zu entwickeln, der die Nachteile der vorgenannten Lösungen beseitigt und passiv keine Klemmfunktion aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Freilauf, welcher insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe eingesetzt wird, weist einen Innenring und einen Außenring auf, der radial um den Innenring herum angeordnet ist, sowie mehrere Klemmelemente, die zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind und in ihrer Klemmstellung zur Übertragung eines Drehmomentes in Wirkverbindung mit dem Innenring und dem Außenring bringbar sind, wobei die Klemmelemente erfindungsgemäß durch Druckbeaufschlagung mittels eines Druckfluids einer Hydraulikstrecke entgegen der Federkraft einer Feder in den Klemmspalt drückbar und dadurch in Wirkverbindung mit dem Innenring und dem Außenring bringbar sind.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird somit erstmalig durch zuschalten einer Hydraulikstrecke die Klemmfunktion realisiert. Vorteilhaft dabei ist, dass das Klemmelement auch über diese Hydraulikstrecke gedämpft werden kann, so dass dieses schneller zur Ruhe kommt und nicht ständig gegen den Außenring prallt. Dadurch wird vermieden, dass der Außenring abgebremst und diesem dadurch Energie entzogen wird, was sich positiv auf die Gesamtenergiebilanz auswirkt.
Weiterhin weißt dieser Freilauf keine durch die Federkraft verursachtes Schleppmoment auf da die Federkraft entgegen der Spaltrichtung wirkt.
Die Federkraft der Feder dient zum einen dazu, das Klemmelement aus dem Spalt herauszudrücken und zum anderen das Klemmelement radial auf den Innenring zu drücken um so die Fliehkraft, welche bei Drehzahl auf das Klemmelement wirkt, zu kompensieren.
Anstelle der direkten Beaufschlagung der Klemmelemente mit dem Druckfluid ist es auch möglich, vorzugsweise jedes Klemmelement über wenigstens ein Betätigungselement, auf welches das Druckfluid der Hydraulikstrecke wirkt, zu schalten. Vorteilhafter Weise ist das Betätigungselement in Form eines Kolbens ausgebildet, der unmittelbar oder auch über die Feder auf das Klemmelement wirken kann.
Die Beaufschlagung der Klemmelemente durch das Druckfluid erfolgt vorteilhafter Weise in der Frequenz der erforderlichen Klemmung, die durch Abgreifen der Drehzahl und eine entsprechende Ansteuerung eines Magnetventils einstellbar ist.
Vorteilhafter Weise wird als Druckfluid Hydrauliköl eingesetzt, welches gleichzeitig zur Dämpfung der Klemmelemente und zur Schmierung des Freilaufes dient.
Insbesondere wird jedes Klemmelement einzeln, direkt oder mittels des Betätigungselementes/Kolbens, durch das Druckfluid in den Klemmspalt gedrückt. Dazu wird jedes Klemmelement einzeln mit einer Feder angefedert und verfügt über eine eigene Zulaufbohrung für das Druckfluid. Die Zulaufbohrung werden wiederum durch eine Hauptleitung mit dem Fluid versorgt. In der Hauptzuleitung für den Freilauf sollte sich noch ein Ventil (beispielsweise ein Magnetventil) befinden, welches durch aktives Beströmen öffnet so dass das Druckfluid eigespritzt werden kann um so das Klemmelement in den Spalt zu drücken.
Durch das Magnetventil können auch mehrere Einspritzungen erfolgen um das Greifen des Klemmelementes zu verbessern. Um die Verluste/Schleppmoment möglichst gering zu halten und das Klemmelement erst kurz vor Beginn des Klemmvorganges an den Spalt anzulegen sollte ein Drehzahlsensor zwischen Außenring und Innenring positioniert sein um so die Relativdrehzahl zu messen. hierdurch kann der Spannbeginn detektiert werden und das Fluid eingespritzt werden. Im speziellen kann beim Kurbelgetriebe ein Drehzahlsensor auf die Kurbelwelle des Kurbelgetriebes gesetzt werden um deren Drehzahl zu erfassen. Über die Kinematik des Kurbeltriebes kann dann der Freilauf der als nächstes spannt lokalisiert werden und dementsprechend über das Magnetventil angesteuert werden um die Klemmung zu ermöglichen.
Die erfindungsgemäße Lösung wird insbesondere bei stufenlosen Getrieben, insbesondere Kurbelgetrieben mit Freiläufen eingesetzt, bei welchen der Bedarf der Abschaltung besteht.
Der neuartige Freilauf weist im passiven Zustand keine Klemmfunktion auf so dass der Innenring in positiver wie negativer Drehrichtung gedreht werden kann. Des weiteren wirkt sich bei dem hier beschriebenen Freilauf auch die Federkraft, welche aus dem Klemmspalt heraus zeigt, positiv auf das Schleppmoment, welches typisch für die bekannten Freiläufe aufgrund der anliegenden Spaltkraft ist, aus, da durch die Federkraft keines erzeugt wird. Soll der Freilauf gespannt werden, wird über ein Einspritzventil ein Fluid auf das Klemmelement gespritzt welches hierdurch in den Spalt gedrückt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 den Querschnitt durch einen Freilauf mit Innenring 1, Außenring 2 und Klemmelementen 3 die sich an einer Feder 4, bei welchem Fluid direkt auf die Klemmelemente gespritzt wird,
2 den Ölfluss des Druckfluids in einem Freilauf gemäß 1,
3 den Teil eines Querschnitts durch einen Freilauf, bei welchem Druckfluid direkt auf einen Stempel 5 wirkt, der radial nach außen gedrückt wird und auf die Feder 4 wirkt, welche sich am Klemmelement 3 abstützt.
In 1 wird der Querschnitt durch einen Freilauf eines Kurbel-CVT-Getriebes dargestellt. Der Freilauf weist einen Innenring 1, einen Außenring 2, der radial um den Innenring 1 herum angeordnet ist auf, wobei zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2 mehrere Klemmelemente 3 angeordnet sind die durch eine Feder 4 beaufschlagt sind und die in ihrer Klemmstellung zur Übertragung eines Drehmomentes in Pfeilrichtung in den Klemmspalt S drückbar und somit in Wirkverbindung mit dem Innenring 1 und dem Außenring 2 bringbar sind. Jedes Klemmelement 3 stützt sich dabei an der Feder 4 ab, die insbesondere in Form einer Schenkelfeder ausgebildet ist. Die Betätigung der Klemmelemente 3, durch welche diese in den Klemmspalt S gedrückt werden, erfolgt für jedes Klemmelement 3 über eine Druckleitung 6, die als Radialbohrung durch den Innenring 1 ausgebildet ist und die klemmelementseitig mit einer Einspritzdüse 7 versehen ist und bei Druckbeaufschlagung mit dem Druckfluid in Pfeilrichtung und entgegen der Rückstellkraft der Feder 7 auf das jeweilige Klemmelement 3 wirkt. Die Klemmelemente 3 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel als Klemmrollen ausgebildet, die an ihren Außenumfang mit Schaufeln 3.1 im Bereich der Anströmung durch das Fluid versehen, um so die Rotation und das Anlegen in den Klemmspalt zu begünstigen. Die Schaufeln 3.1 an den Klemmrollen 3 sind dabei insbesondere so zu gestalten dass sie möglichst rechtwinklig zum Einströmwinkel des Fluides verlaufen. Der Winkel für die Einspritzdüse 7 des Druckfluides ist so zu wählen dass das Druckfluid möglichst rechtwinklig auf die Schaufeln 3.1 der Klemmelemente 3 trifft.
Die Klemmelemente 3 sollten eine geringe rotatorische Trägheit haben um die Energie zum Anlegen an den Klemmspalt S zu reduzieren. Die Anzahl der Einspritzungen/Einspritzdüsen je Klemmelement 3 ist so zu wählen, dass ein sicheres Klemmen des Klemmelementes 3 erreicht wird.
Radialbohrungen werden über eine Drehdurchführung mit dem Fluid versorgt
Die Druckleitungen 6 führen radial durch den Innenring 1 und sind mit einem Hauptzuleitungsrohr 8 der Hydraulikstrecke verbunden, welches innerhalb des Innenringes 1 angeordnet ist. Zwischen dem Außendurchmesser des Hauptzuleitungsrohres 8 und dem Innendurchmesser des Innenringes 1 ist eine Drehdurchführung 9 vorgesehen, über welche die Druckleitungen 6 mit dem Druckfluid versorgt werden. Die Drehdurchführung 9 ist notwendig da der Innenring 1 dreht und das Hauptzuleitungsrohr 8 mit den einzelnen Hauptzuleitungen für die entsprechende Anzahl der Freiläufe steht. Die Drehdurchführung ist möglichst mit geringen Spaltmaßen auszuführen um so die Verluste zu reduzieren. Weiterhin sollte die Drehdurchführung auf möglichst kleinem Durchmesser gewählt werden, um die Verluste zu reduzieren
Der Innenring weist nach radial nach außen offene Kammern 10 auf, deren Boden 11 in Pfeilrichtung radial nach außen ansteigt, so dass bei Druckbeaufschlagung der Klemmelemente 3 mittels der Einspritzdüse 7 die Klemmelemente 3 gegen den Innendurchmesser des Außenrings 2 und gegen den Boden 11 des Innenringes 1 gepresst und dadurch in den Klemmspalt S gedrückt werden. Durch diese reibschlüssige Wirkverbindung wird ein Drehmoment zwischen Innenring 1 und Außenring 2 übertragen.
Ein nicht dargestelltes Magnetventil, welches die Einspritzung des Druckfluides bestimmt, ist möglichst nahe am Einspritzventil 7 zu positionieren um so den Zeitpunkt der Einspritzung besser bestimmen und auszuführen können.
Die Leitungen sind mit möglichst großem Querschnitt zu versehen um die Verluste zu reduzieren. Der Hydraulikkreislauf ist vorteilhafter Weise mit einem Speicher zu versehen um so die Einschaltzeiten der Hydraulikpumpe zu reduzieren. Um die Verluste zu reduzieren, sollte der Einspritzdruck so gering wie nötig gehalten werden.
Die Feder 4 für das Klemmelement 3 ist am Innenring 1 eingehängt, wobei die Federkraft so zu wählen ist, dass die Fliehkraft, die auf das Klemmelement 3 wirkt, möglichst hinreichend gut kompensiert wird. Die Angriffswinkel für die Spaltkraft ist nahe der Selbsthemmung zu wählen, um so die Spaltkraft so klein wie nötig zu halten und eine große Dämpfungswirkung bzw. Normalkraft zu erzielen welche der Fliehkraft entgegen wirkt. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wurde gemäß 1 bis 3 idealer Weise eine Einzelanfederung vorgesehen damit die Klemmelemente 3 nicht miteinander kommunizieren können. Es ist aber auch eine gemeinsame Anfederung denkbar.
Vorzugsweise ist eine feste Zuordnung zwischen Innenring 1 und Klemmelement 3 vorzusehen um so die Effektivität des Systems zu optimieren. Die Lagerung des Außenringes 2 erfolgt radial über die Gleitlagerung am Innenring 1, kann aber auch über Rollenlager (nicht dargestellt) erreicht werden.
Axial wird der Außenring 2 vorzugsweise über eine Rollenlagerung gelagert, wobei jedoch auch eine Gleitlagerung gewählt werden kann. Der Klemmwinkel und die Freilaufsteifigkeit ist entsprechen der Anforderung auszulegen, der Klemmwinkel sollte jedoch unterhalb der Selbsthemmungsgrenze liegen.
In ist der Fluidfluss des Druckfluids F als geringelte Linie bei einem Freilauf gemäß 1 dargestellt. Über das zentrale Hauptleitungsrohr 8 gelangt das Druckfluid F an den jeweiligen Freilauf. Und über die Druckleitungen 6 und die Einspritzdüsen 7 wirkt das Druckfluid F bei Druckbeaufschlagung der Hydraulikstrecke auf das Klemmelement 3 (auf dessen Schaufeln 3.1). Gemäß der Anzahl der Freiläufe befinden sich im Hauptleitungsrohr 8 die gleiche Anzahl an Zuleitungen, jede Zuleitung führt zu einem Freilauf so dass über die Zuleitung und dem entsprechenden Ventil der Freilauf mit Fluid versorgt wird.
In 3 wird gegenüber der in den 1 und 2 dargestellten Variante 1 das Druckfluid nicht direkt auf das Klemmelement 3 gespritzt sondern ein Betätigungselement in Form eines Stempels 5, der mittels eines Kolbens 5.1 bei Druckbeaufschlagung mit dem Druckfluid betätigt wird, wird radial nach außen gedrückt und wirkt dadurch auf die Feder 4 (Dämpfungsfeder). Die Feder 4 (Dämpfungsfeder) übt keine Spaltkraft auf das Klemmelement 3 aus. Sie dient ausschließlich der Dämpfung bzw. dem Fliehkraftausgleich. Soll nun eine Spaltkraft wirken die das Klemmelement in den Spalt drückt wird auf den Kolben 5.1 ein Druck gegeben und der Stempel 5 drückt radial nach außen auf die Feder 4. Aufgrund des Hebelarmes zwischen Krafteinleitung durch den Stempel 5 und der Abstützung der Feder 4 wird ein Drehmoment erzeugt welches sich wiederum am Klemmelement 3 abstützt und dieses dadurch in den hier nicht bezeichneten Spalt drückt. Abhängig vom Druck des Druckfluids kann die Spaltkraft eingestellt werden.
Die Klemmelemente 3 sind als Rollen oder Kugeln ausgebildet. Die Fluidzufuhr erfolgt wie bei Variante 1. Ebenso die Zuschaltung des Freilaufes über ein entsprechendes Ventil welches kurz vor dem Spannbeginn aktiviert wird und so das Klemmelement 3 in den Spalt drückt. Hierdurch kann wie bei Variante 1 das Schleppmoment bezogen auf einen kompletten Spannvorgang reduziert werden. Die Feder 4 weist zwei Schenkel 4.1, 4.2 auf, die sich an benachbarten Klemmelementen 3 abstützen. Jede Feder 4 stützt sich zwischen den Klemmelementen zwischen einem radial innen liegenden inneren Stift 12 und einem radial außen liegenden äußeren Stift 13 ab.
Die Klemmelemente 4 und die Federn 4 können auch eine andere konstruktive Gestaltung als in den 1 bis 3 aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: Innenring
2: Außenring
3: Klemmelement
3.1: Schaufeln
4: Feder
4.1, 4.2: Schenkel
5: Stempel
5.1: Kolben
6: Druckleitung
7: Einspritzdüse
8: Hauptzuleitungsrohr
9: Drehdurchführung
10: Kammern
11: Boden
12: innerer Stift
13: äußerer Stift
F: Fluid
S: Klemmspalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004061061 A1 [0002, 0003]
US 5638929 [0002]
DE 3639034 A1 [0004, 0006]

Claims

Freilauf, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe mit einem Innenring (1), einem Außenring (2), der radial um den Innenring (1) herum angeordnet ist, mehreren Klemmelemente (3), die zwischen dem Innenring (1) und dem Außenring (2) angeordnet sind und in ihrer Klemmstellung zur Übertragung eines Drehmomentes in Wirkverbindung mit dem Innenring (1) und dem Außenring (2) bringbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmelemente (3) durch Druckbeaufschlagung mittels eines Druckfluids (F) einer Hydraulikstrecke entgegen der Federkraft einer Feder (4) in den Klemmspalt (S) drückbar und dadurch in Wirkverbindung mit dem Innenring (1) und dem Außenring (2) bringbar sind.
Freilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckfluid (F) direkt oder über wenigstens ein Betätigungselement auf die Klemmelemente (3) wirkt.
Freilauf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement in Form eines Kolbens (5) ausgebildet ist, auf welchen das Druckfluid (F) wirkt.
Freilauf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (5) über die Feder (4) auf das Klemmelement (3) wirkt.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmelemente (3) durch das Druckfluid (F) mit der Frequenz der erforderlichen Klemmung beaufschlagbar sind.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz durch Abgreifen der Drehzahl und eine entsprechende Ansteuerung eines Magnetventils einstellbar ist.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckfluid (F) Hydrauliköl ist und zur Schmierung des Freilaufes dient.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass über die Hydraulikstrecke eine Dämpfung der Klemmelemente (3) erfolgt.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Klemmelement (3) einzeln, direkt oder mittels des Betätigungselementes/Kolbens (5), durch das Druckfluid in den Klemmspalt (S) drückbar ist.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Klemmelement (3) einzeln mit der Feder (4) angefedert wird und eine eigene Zulaufbohrung für das Druckfluid (F) aufweist.