DE102011016995A1

DE102011016995A1 - Freilauf, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe

Info

Publication number: DE102011016995A1
Application number: DE201110016995
Authority: DE
Inventors: Lars Schumann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2012-10-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Freilauf, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe, welcher Klemmelemente in Form von Rollen aufweist, mit einem relativ zum Innenstern drehbaren Außenring, der radial um den Innenstern herum angeordnet ist, wobei die Klemmelemente zwischen dem Innenstern und dem Außenring angeordnet sind und durch die radial nach innen wirkende Federkraft eines Federdämpfers in Richtung zum Innenstern beaufschlagbar sind, wobei jedes Klemmelement durch den Federdämpfer mit einer Einzelanfederung und gleichzeitig mit einer Dämpfung nahe der Selbsthemmung beaufschlagt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Freilauf, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe, welcher Klemmelemente in Form von Rollen aufweist.
Ein Kurbel-CVT-Getriebe mit rollenförmigen Klemmelementen ist aus der EP 1 650 071 A2 bekannt. Die Rollen werden beispielsweise durch eine V-förmige Blattfeder als Anpresselement in den Spalt zwischen dem Innenstern und dem Außenring gedrückt, wodurch die Rollen als Klemmelemente in Kontakt zu Außenring und Innenstern gehalten werden. Für die Rollen ist dabei ein Käfig vorgesehen. Zur Erzielung einer hohen Dämpfungswirkung erfolgt die Anpressung der Klemmelemente mittels einer S-Blattfeder, die jeweils an zwei benachbarten Klemmelementen wirkt. Dadurch soll eine hohe Reibung und eine gute Dämpfungswirkung erzielt werden.
Aus der Druckschrift DE 102010 032 659 A1 ist ein Freilauf, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe bekannt, welcher ebenfalls rollenförmige Klemmelemente aufweist, die zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind und wenigstens eine Klemmelementanfederung zum Beaufschlagen der Klemmelemente mit einer Federkraft, die eine die Grundvorspannung aufbringende Vorspannfeder und eine die Dämpfungsfederkraft aufbringende Dämpfungsfeder aufweist, wobei die Dämpfungsfeder als S-Blattfeder ausgebildet und exzentrisch in einer um einen Drehmittelpunkt drehbaren Aufnahme gelagert ist, derart, dass durch die Verdrehung der Aufnahme um den Drehmittelpunkt die Vorspannung der Dämpfungsfeder einstellbar ist.
Die S-Blattfedern weisen dabei zwei separate Kraftangriffspunkte an jeweils einem Klemmelement auf, um eine resultierende Kraftrichtung nahe der Selbsthemmung zu realisieren. Es ist daher bisher erforderlich, jedes Klemmelement mit zwei Federn anzulenken. Weiterhin greift jede S-Blattfeder an jeweils zwei benachbarten Klemmelementen an.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Freilauf, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe, zu entwickeln, welcher einen einfachen konstruktiven Aufbau aufweist, die Anfederung und Dämpfung mit gleichzeitiger Fliehkraftkompensation gewährleistet und einen guten Freilaufwirkungsgrad aufweist und eine Einzelanfederung der Klemmelement nahe der Selbsthemmung realisiert.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Freilauf wird insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe eingesetzt und weist Klemmelemente in Form von Rollen auf, sowie einen Innenstern, an dem die Klemmelemente aufgenommen sind und einen relativ zum Innenstern drehbaren Außenring, der radial um den Innenstern herum angeordnet ist, wobei die Klemmelemente zwischen dem Innenstern und dem Außenring angeordnet sind und durch die radial nach innen wirkende Federkraft eines Federdämpfers in Richtung zum Innenstern beaufschlagbar sind und dadurch ein Drehmoment zwischen Außenring und Innenring übertragen, wobei jedes Klemmelement durch den Federdämpfer mit einer Einzelanfederung und gleichzeitig mit einer Dämpfung nahe der Selbsthemmung beaufschlagt wird.
Dabei ist der Federdämpfer bevorzugt in Form eines das Klemmelement zumindest teilweise umschlingenden Federbandes ausgebildet.
Zur Führung des Federbandes ist vorteilhafter Weise am Innendurchmesser des Außenrings eine Nut (1.3) eingebracht, die im Wesentlichen mit der Breite des Federbandes korrespondiert.
Dabei weist das Federband eine Länge auf, welche geeignet ist, mindestens ein Klemmelement mit einer Einzelfeder-Dämpferwirkung zu beaufschlagen. Das Federband kann jedoch in seiner Länge auch so gewählt werden, dass es geeignet ist, mehrere Klemmelemente zu umgreifen und dennoch nur mit einer Einzelfeder-Dämpferwirkung zu beaufschlagen. In einer bevorzugten Variante ist das Federband umlaufend ausgebildet, so dass es auf alle Klemmrollen wirkt, jedoch jede Klemmrolle wiederum nur mit einer Einzelfeder-Dampferwirkung beaufschlagt.
Dazu ist das Federband jeweils zwischen zwei Klemmelementen mittels Lagerelementen gelagert. Übergreift das Federband mehrere Klemmelemente, so ist dessen Feder-Dämpferwirkung, die auf benachbarte Klemmelemente wirkt, durch die Lagerelemente, die sich zwischen den Klemmelementen befinden, entkoppelt.
Bevorzugt sind die Lagerelemente in Form von Stiften ausgebildet. Das Federband, welches nur auf ein einziges Klemmelement wirkt, wird auf einer Seite des Klemmelementes über einen äußeren Stift und auf der anderen Seite des Klemmelementes über einen inneren Stift an ösenförmig gebogenen Enden gelagert.
Ist ein Federband vorgesehen, welches mehrere Klemmelemente beaufschlagt, so wird das Federband zwischen zwei benachbarten Klemmelementen so gelagert, dass es an dem inneren Stift und an dem äußeren Stift aufgenommen wird. Bevorzugt umschlingt das Federband in diesem Fall den inneren und den äußeren Stift meanderförmig, umgreift dann ein Klemmelement an dessen Außenkontur und umschlingt dann den äußeren und den inneren Stift auf der anderen Seite des Klemmelementes und führt dann zum benachbarten Klemmelement und so weiter.
Es besteht die Möglichkeit, den Federdämpfer insbesondere über jeweils einen inneren Stift und einen äußeren Stift am Innenstern oder am Außenring zu befestigen.
Der Innenstern weist über seinen Umfang verteilt nutenförmige Ausnehmungen auf, wobei an jeder Ausnehmung ein Klemmelement aufgenommen wird. Am Boden jeder Ausnehmung ist eine radial innen liegende Klemmrampe ausgebildet, auf welcher das Klemmelement abrollt. Durch die Beaufschlagung des Klemmkörpers mit der Federdämpferkraft durch das Federband wirkt auf die Klemmrampe eine Federdämpferkraft unter einem Winkel β, wobei β durch einen ersten Kontaktpunkt zwischen Federdämpfer und Klemmelement bestimmt wird und von dem Lot der Klemmrampe an dem Punkt, an welchem das Klemmelement an der Klemmrampe anliegt. Der Winkel β darf dabei die Selbsthemmungsgrenze nicht unterschreiten. Dabei wird ausgenutzt, dass bei gleicher Kontaktbreite die Flächenpressung zwischen Außenring und Klemmelement geringer ist als zwischen Innenstern und Klemmelement.
Die Federdämpferkraft wird durch Biege- und vorzugsweise durch Zugkräfte im Federband hervorgerufen, wobei eine reine Zugbeanspruchung des Federbandes eine steifere Kennlinie zur Folge hat als eine kombinierte Zug-/Biegebeanspruchung.
Eine optimierte Dämpfungswirkung wird durch den Umschlingungswinkel in Form des Kontaktbereiches zwischen Klemmelement und Federdämpfer erreicht. Eine Verstärkung der Dämpfungswirkung kann durch den Euler-/Eytelwein-Effekt erzielt werden.
Die Lagerung zwischen Innenstern kann als Gleitlager oder Wälzlager ausgeführt sein.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, mit nur einem Federelement, welches als Federdämpfer wirkt, an dem Klemmelement durch dessen teilweise Umschlingung eine resultierende Kraftrichtung nahe der Selbsthemmung zu realisieren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen axialen Teilschnitt durch einen Freilauf mit einem Federdämpfer pro Klemmelement, eingehängt im Innenstern,
2 den radialen Schnitt A-A gemäß 1,
3 den dreidimensionalen Teilschnitt gemäß 1 durch Außenring und Innenstern, zwischen welchen die Klemmelemente aufgenommen sind,
4 die dreidimensionale Darstellung des Innensterns gem. 1 mit Klemmelementen und Federdämpfern,
5 die dreidimensionale Darstellung gem. 4 mit Gleitlagerung für die Klemmelemente,
6 einen axialen Teilschnitt durch einen Freilauf mit einem Federdämpfer pro Klemmelement, eingehängt im Außenring,
7 den radialen Schnitt A-A gemäß 6,
8 den dreidimensionalen Teilschnitt gemäß 6 durch Außenring und Innenstern, zwischen welchen die Klemmelemente aufgenommen sind,
9 die dreidimensionale Darstellung des Innensterns gem. 6 mit Klemmelementen und Federdämpfern,
10 die dreidimensionale Darstellung gem. 4 mit Gleitlagerung für die Klemmelemente,
11 eine dreidimensionale Einzelteildarstellung eines Federbandes 2 für jeweils nur ein Klemmelement,
12 eine dreidimensionale Einzelteildarstellung eines Federdämpfers in Form eines umlaufenden Federbandes,
13 die Darstellung der wirkenden Federdämpferkraft,
14 die Darstellung der möglichen Verstärkung der Dämpfungswirkung durch Eytwein-Effekt.
In 1 ist ein axialer Teilschnitt und in 2 der Schnitt A-A gemäß 1 durch einen Freilauf mit einem Außenring 1, jeweils einem Federdämpfer 2 pro Klemmelement 3 in einer ersten Variante dargestellt. Der Federdämpfer 2 ist in Form eines Abschnitts eines Federbandes 2a ausgebildet, dessen beide Enden (nicht bezeichnet) in der Art einer Öse gebogen sind und wurde mittels eines äußeren Stiftes 4 auf einer Seite eines Klemmkörpers 3 und mittels eines inneren Stiftes 5 auf der anderen Seite des Klemmkörpers am Innenstern 6 eingehängt, wobei jeder Stift 4, 5 durch ein ösenförmiges Ende des Federbandes 2a führt. In dem Außenring 1 ist eine umlaufende Nut 1.3 eingebracht, in welcher jeder Federdämpfer 2 axial geführt wird. Die Klemmkörper 3 sind in Gleitlagen 7 drehbar gelagert, die zwischen Außenring 1 und Innenstern angeordnet sind. Der Innenstern 6 weist je Klemmelement eine radial innen liegende Klemmrampe 9 auf, gegen welche jeweils ein Klemmelement 3 mit einer Federdämpferkraft F wirkt. Beidseitig von der Klemmrampe 9 erstrecken sich Stege 11.1 radial nach außen, in welchen der äußere Stift 4 und der innere Stift 5 im Wesentlichen radial übereinanderliegend aufgenommen sind.
Die inneren Stifte 5 sind im Wesentlichen auf einem Radius r5 angeordnet, der in etwa dem zweiten Radius r3 entspricht, auf dem die Mittelpunkte M der Klemmelemente 3 liegen oder der nur etwas geringer oder größer ist. Der äußere Stift 4 liegt radial weiter außen. Durch die radiale Anordnung des inneren Stiftes 5 und des äußeren Stiftes 4 wird bestimmt, über welchen Bereich das jeweilige Klemmelement 3 durch das Federband 2a umschlungen wird. Die axiale Vorspannung des Federbandes 2a bestimmt dabei die Federdämpferkraft
3 zeigt den dreidimensionalen Teilschnitt gemäß 1 durch Außenring 1 und Innenstern 6, zwischen welchen die Klemmelemente 3 aufgenommen sind. Es sind die Gleitlager 7 ersichtlich und die Nut 1a im Außenring 1, in welcher die Federdämpfer 2 geführt werden. Weiterhin sind die äußeren Stifte 4 und die inneren Stifte 5 für die Lagerung der in Form von Federbändern 2a ausgebildeten Federdämpfer 2 ersichtlich.
In 4 wird die dreidimensionale Darstellung des Innensterns 6 gemäß 1 dargestellt, mit Klemmelementen 3 und Federdämpfern 2 in Form eines Abschnitts eines Federbandes 2a. Jedes Federband 2a ist dabei einem Klemmelement 3 zugeordnet und wirkt gegen diesen radial nach innen in Richtung zum Innenstern 4 mit einer Federdämpferkraft.
5 zeigt die dreidimensionale Darstellung gem. 4 mit der Gleitlagerung 7 für die Klemmelemente 3.
Aus 6 ist ein axialer Teilschnitt einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Freilaufs ersichtlich, wobei ebenfalls ein Federdämpfer 2 pro Klemmelement 3 verwendet wird und der Federdämpfer 2 im Außenring 1 eingehängt ist. Dazu weist das Gleitelement 7 radial nach innen weisende Stege 11.2 auf, an denen die Enden der als Federbänder 2a ausgebildeten Federdämpfer 2 jeweils mit einem äußeren Stift 4 und einem inneren Stift 5 befestigt sind. Die auch hier zwischen Außenring 1 und Innenstern 2 angeordneten Klemmelemente 3 wirken am Innenstern ebenfalls an einer Klemmrampe 9. Der Schnitt A-A gemäß 6 wird in 7 gezeigt, aus welcher auch ersichtlich ist, dass der Federdämpfer 2 in einer Nut 1a des Außenrings 1 axial geführt wird.
Die dreidimensionalen Darstellungen der zweiten Variante werden in den 8 bis 10 gezeigt.
8 zeigt den dreidimensionalen Teilschnitt gemäß 6 durch Außenring 1 und Innenstern 6, zwischen welchen die Klemmelemente 3 aufgenommen sind. Es sind auch hier die Gleitlager 7 und die Nut 1a im Außenring 1 ersichtlich, in welcher die Federdämpfer 2 geführt werden, sowie die äußeren Stifte 4 und die inneren Stifte 5.
In 9 wird die dreidimensionale Darstellung des Innensterns 6 gemäß 6 gezeigt, mit Klemmelementen 3 und Federdämpfern 2 in Form eines Abschnitts eines Federbandes 2a.
10 zeigt die dreidimensionale Darstellung gem. 4 mit der Gleitlagerung 7 für die Klemmelemente 3, wobei hier an der Gleitlagerung 7 die Federdämpfer 2 mittels der äußeren Stifte 4 und der inneren Stifte 5 gelagert sind.
Eine dreidimensionale Einzelteildarstellung eines Federdämpfers 2 in Form eines Federbandes 2a für jeweils nur ein Klemmelement ist in 11 dargestellt. Die beiden Enden sind ösenförmig gebogen.
Alternativ ist es auch möglich, alle Klemmelemente über einen Federdämpfer 2 zu beaufschlagen, der in Form eines umlaufenden Federbandes 8 (s. 12) ausgebildet ist. Dieses umlaufende Federband 8 weist entsprechend des Abstandes der Klemmkörper (hier nicht dargestellt) schlaufenartig nach innen weisende Biegungen auf, in denen die äußeren Stifte 4 und die inneren Stifte 5 (an einer Position angedeutet) angeordnet sind. Bei dieser Variante wird die Feder-Dämpferwirkung des umlaufenden Federbandes 8 durch die zwei benachbarten Stifte 4 und 5 entkoppelt, so dass jeder Klemmkörper mit einer auf diesen separat wirkenden Federdämpferkraft beaufschlagt wird.
Die wirkende Federdämpferkraft wird in 13 gezeigt. Auf die Klemmrampe 9 als Teil des Innensterns 6 wirkt eine Federdämpferkraft F unter dem ersten Winkel β, wobei β durch den Kontaktpunkt 10 zwischen Federdämpfer 2/hier Abschnitt eines Federbandes 2a und Klemmelement 3 bestimmt wird und von dem Lot der Klemmrampe 9 an dem Punkt, an welchem das Klemmelement 3 an der Klemmrampe 9 anliegt. Der erste Winkel β darf dabei die Selbsthemmungsgrenze, die durch den zweiten Winkel α₀ bestimmt wird, nicht unterschreiten.
Aus 14 ist ersichtlich, dass eine optimierte Dämpfungswirkung durch den Umschlingungswinkel γ in Form des Kontaktbereichs zwischen Klemmelement 3 und Federdämpfer 2 erreicht wird, wobei durch eine Vergrößerung des Umschlingungswinkels γ eine Verstärkung des Schlingband-Effektes und damit der Dämpfungswirkung zu verzeichnen ist. Auch der Winkel β ist hier eingezeichnet, der sich zwischen dem durch den Mittelpunkt M des Klemmkörpers führendem Lot und dem Kontaktpunkt 10 erstreckt.
Gemäß einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann anstelle der Gleitlagerung 7 auch ein Wälzlager Anwendung finden.
Die Erfindung gewährleistet auf einfache Art und Weise die Bereitstellung einer Einzelanfederung und Dämpfung der Klemmkörper nahe der Selbsthemmung. Dazu wird erstmalig die Tatsache ausgenutzt, dass bei gleicher Kontaktbreite die Flächenpressung zwischen Außenring und Klemmelement geringer ist als zwischen Innenstern und Klemmelement. Der erfindungsgemäße Federdämpfer für einen Rollenfreilauf ist in Form eines die Klemmrolle teilweise umschlingenden Federbandes ausgeführt, welches eine Einzelanfederung jedes Klemmkörpers gewährleistet.
Bezugszeichenliste

1: Außenring
1.3: Nut
2: Federdämpfer
2a: Federband
3: Klemmelement
4: äußerer Stift
5: innerer Stift
6: Innenstern
7: Gleitlager
8: umlaufendes Federband
9: Klemmrampe
10: Kontaktpunkt
11.1: Stege des Innensterns
11.2: Stege des Gleitlagers
F: Federdämpferkraft
M: Mittelpunkt des Klemmkörpers
α: zweiter Winkel
β: erster Winkel
γ: Umschlingungswinkel
r5: Radius
r3: Radius

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1650071 A2 [0002]
DE 102010032659 A1 [0003]

Claims

Freilauf, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe, welcher Klemmelemente (3) in Form von Rollen aufweist, mit einem relativ zum Innenstern drehbaren Außenring (1), der radial um den Innenstern (6) herum angeordnet ist, wobei die Klemmelemente (3) zwischen dem Innenstern (6) und dem Außenring (1) angeordnet sind und durch die radial nach innen wirkende Federkraft eines Federdämpfers (2) in Richtung zum Innenstern (6) beaufschlagbar sind, wobei jedes Klemmelement (3) durch den Federdämpfer (2) mit einer Einzelanfederung und gleichzeitig mit einer Dämpfung nahe der Selbsthemmung beaufschlagt wird.
Freilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Federdämpfer (2) in Form eines die Klemmrolle zumindest teilweise umschlingenden Federbandes (2a) ausgebildet ist.
Freilauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Innendurchmesser des Außenrings (1) eine Nut (1.3) eingebracht ist, in welcher der als Federband (2a) ausgebildete Federdämpfer (2) geführt ist.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federband (2a) eine Länge aufweist, welche geeignet ist, mindestens ein Klemmelement (3) mit einer Einzelfeder-Dämpferwirkung zu beaufschlagen.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federband (2a) eine Länge aufweist, die geeignet ist, mehrere Klemmelemente (3) mit einer Einzelfeder-Dampferwirkung zu beaufschlagen.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Federband (2a) umlaufend ausgebildet ist und alle Klemmrollen mit einer Einzelfeder-Dampferwirkung beaufschlagt.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Federband (2a) jeweils zwischen zwei Klemmelementen (3) mittels Lagerelementen gelagert ist, derart, dass die Feder-Dämpferwirkung zweier benachbarter Klemmelemente (3) durch die Lagerelemente entkoppelt werden.
Freilauf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerelemente in Form von Stiften (4, 5) ausgebildet sind und dass das Federband (2a) auf einer Seite eines Klemmelementes (3) über einen äußeren Stift (4) und auf der anderen Seite des Klemmelementes (3) über einen inneren Stift (5) gelagert ist, wobei ein mehrere Klemmelemente (3) beaufschlagendes Federband (2a) zwischen zwei Klemmelementen (3) durch den äußeren Stift (4) und den inneren Stift (5) gelagert ist.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Federdämpfer (2) am Innenstern (6) befestigt ist.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenstern (6) je Klemmelement (3) eine radial innen liegende Klemmrampe (9) aufweist, auf welcher das Klemmelement (3) abrollt und dass auf die Klemmrampe (9) eine Federdämpferkraft (F) unter einem Winkel β wirkt, wobei β durch einen ersten Kontaktpunkt (10) zwischen Federdämpfer (2) und Klemmelement (3) bestimmt wird und dem Lot der Klemmrampe (9) an dem Punkt (P), an welchem der Klemmelement (3) an der Klemmrampe (9) anliegt und die Federdämpferkraft (F) durch Biege- und/oder Zugkräfte im Federband (2a) erzeugt wird.