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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Freilauf, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe.
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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 Bauteilgeometrien erreicht, die aber gleichzeitig nicht ohne Änderung der Geometrien an der Stelle der Bauteilekopplung 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.
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Z. B. aus
DE 1814968 A ,
DE 6811650 U und
DE 3233073 C2 sind Freilaufkupplungen mit einer Vielzahl voneinander beabstandeten kippbaren Klemmkörpern bekannt, die zwischen einem Außenring
1 und einem Innenring eingesetzt sind, wobei die Klemmkörper in einem Käfig geführt sind und mittels einer nach innen spannenden umlaufenden Feder in Eingriffs- bzw. Funktionseingriffsrichtung vorgespannt bzw. gehalten werden. Durch die Mitte der Klemmkörper ist eine geradlinig verlaufende Nut zur Aufnahme der Feder ausgebildet.
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Die Federn können in Form einer Ringbandfeder, einer ringförmigen Nutfeder bzw. einer Spiralfeder (Wurmfeder) ausgebildet sein, die im letztgenannten Fall in Wurmfedernuten der Klemmkörper eingreift.
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Es sind ebenfalls Klemmkörperfreiläufe ohne Käfig bekannt, bei welchen die Führung der kippbaren Klemmkörper wie in einem käfiglosen Nadellager an der Mitte der Klemmkörper z. B. mittels einer Mäanderfeder erfolgt. Ein Käfig ist dabei nicht erforderlich. Bei diesen Freiläufen ist es von Nachteil, dass die Herstellung der Mäanderfedern durch Drahterodierung sehr kostenintensiv ist. Weiterhin kann es zu Gruppenbildung der Klemmkörper im Freilauf kommen, so dass eine undefinierte Reibung für die Dämpfung zwischen den Klemmkörpern auftritt. Dies erfolgt dadurch, dass bei höheren Drehzahlen die Klemmkörper aufgrund der höheren Dynamik beim Überholen untereinander auf Anschlag gehen und auf dem Innenring weiter rutschen. Dadurch wird die kinetische Energie durch Reibung bis zum nächsten Schaltvorgang abgebaut. Weiterhin können sich, insbesondere bei käfiglosen Freiläufern, die Klemmkörper um die eigene Drehachse unter hoher Dynamik ungewollt verdrehen und schrägstellen, wodurch die Klemmfunktion beeinträchtigt wird. Dadurch wird der wiederholte Greifvorgang gestört.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Freilauf, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe, ohne Käfig zu entwickeln, welcher unter Einsatz einer industrialisierte Feder und kostengünstig herstellbare Mäanderfeder die Gruppenbildung der Klemmkörper im Freilauf verhindert.
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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 drehbaren Außenring, der radial um den Innenring herum angeordnet ist sowie mehrere Klemmkörper auf, die zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind und aneinander anliegen und durch die radial nach innen wirkende Federkraft einer in eine Anfederungsnut der Klemmkörper eingreifende umlaufende Mäanderfeder in Richtung zum Innenring beaufschlagbar sind, wobei die Mäanderfeder erfindungsgemäß aus Flachbandmaterial mit offenen Enden gefaltet und gebogen ist.
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Dadurch wird eine einfache und preisgünstige Herstellung der Mäanderfeder gestattet, wodurch sich die Kosten für den Freilauf insgesamt reduzieren.
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Die offenen Enden der Mäanderfeder verklammern sich miteinander, wobei deren ungewolltes Lösen durch einen Hinterschnitt der Enden verhindert wird, so dass nach der Verbindung durch Einhaken eine stabile, tangentiale Kraftübertragung zwischen den Enden der Mäanderfeder erfolgt.
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Die Anfederungsnut der Klemmelemente zur Aufnahme der Mäanderfeder ist derartig ausgebildet, dass zu der Mäanderfeder eine Wirkverbindung hergestellt wird, die eine unerwünschte Schrägstellung der Klemmelemente quer zur Drehrichtung verhindert. Dazu ist die Anfederungsnut in einen ersten Nutbereich und einen zweiten Nutbereich unterteilt, wobei beide Nutbereiche in einem Winkel zueinander angeordnet sind.
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Zwischen den Nutbereichen wird dadurch ein wandartiger im Wesentlichen V-förmiger Klemmkörperbereich ausgebildet, der sich radial nach außen verjüngt und durch den Nutgrund der beiden Nutbereiche gebildet wird.
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Die Mäanderfeder liegt im zusammengebauten Zustand mit jeweils einer Windung gleichzeitig an den Nutgrund des ersten Nutbereiches und an dem Nutgrund des zweiten Nutbereiches an, wobei der Winkel zwischen dem Nutgrund der Nutenbereiche so gewählt ist, dass die daran anliegende Mäanderfeder ein Aufstellmoment auf den/die Klemmkörper überträgt.
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Die Mäanderfeder greift, der Schrägstellung der Klemmkörper entgegenwirkend, in die beiden Nutbereiche ein und übernimmt beim Eingreifen in die Anfederungsnut gleichzeitig eine Führung für den/die Klemmkörper. Der Nutgrund des ersten Nutbereiches und der Nutgrund des zweiten Nutbereiches sind dabei im Wesentlichen eben ausgebildet.
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Die Enden der Mäanderfeder werden in seitlicher Richtung in einer Federnut des Außenrings aufgenommen, so dass die Mäanderfeder axial fixiert ist. Bei einer eventuellen Notfunktion können sie in radialer Richtung wegen der Federnut auch nicht auseinanderrutschen.
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Die Mäanderfeder wirkt erstmalig an zwei Positionen auf den Klemmkörperstellen (Linienberührung), wodurch eine sichere Führung der Klemmkörper gewährleistet ist.
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Die Winkelpositionen der zwei Nutbereiche sind so gewählt, dass dadurch ein Aufstellmoment auf den Klemmköper entsteht. Da die Nuten (aus fertigungstechnischen Gründen) eine im Wesentlichen ebene Form besitzen, wälzt die Mäanderfeder bei der Verdrehung der Klemmkörper in den Nuten ab, d. h. es entsteht keine saubere Rollbewegung, sondern es findet teilweise auch eine Gleitbewegung statt. Die dabei entstehende Reibung bewirkt eine verbesserte Dämpfung der Klemmkörper. Das Aufstellmoment muss die Reibung in jeder Situation überwinden, um die Freilauffunktion zu erfüllen. Durch die Anordnung der Feder sind die Klemmkörper eindeutig positioniert, wodurch keine Gruppenbildung der Klemmkörper mehr entstehen kann. Im Fußbereich können sich die Klemmkörper weiterhin berühren.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen Teilbereich der Schnittdarstellung eines Freilaufes durch einen Klemmkörper,
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2 die dreidimensionale Darstellung einer Mäanderfeder,
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3 die Einzelheit A gemäß 2,
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4 einen Querschnitt durch einen Klemmkörper im Bereich der Anfederungsnut,
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5 die dreidimensionale Darstellung eines Klemmkörpers aus Richtung des ersten Nutbereiches,
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6 die dreidimensionale Darstellung eines Klemmkörpers aus Richtung des zweiten Nutbereiches,
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7 den Teilschnitt durch einen Freilauf bei der Verdrehung der Klemmkörper a) nominal, b) Dämpfung, c) mittleres Moment und d) maximales Moment),
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8 ein Freilaufpaket aus Mäanderfeder und Klemmkörpern,
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9 den Längsschnitt durch einen Freilauf,
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10 die Einzelheit B gemäß 9.
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1 zeigt einen Teilbereich des Querschnitts durch einen Freilauf. Dieser weist einen Innenring 1 und einen relativ zum Innenring 1 drehbaren Außenring 2 auf, wobei zwischen Innenring 1 und Außenring 2 Klemmkörper 3 angeordnet sind, die geeignet sind, in Klemmstellung ein Drehmoment zwischen Innenring 1 und Außenring 2 zu übertragen. Die Klemmkörper 3 werden durch eine umlaufende Feder, die hier als Mäanderfeder 4 ausgebildet ist, mit einer in Richtung zum Innenring 1 wirkenden Federkraft F beaufschlagt. Die Mäanderfeder 4 sitzt dabei in einer Anfederungsnut N des Klemmkörpers 3 und weist einen ersten Nutbereich N1 und einen zweiten Nutbereich N2 auf. Der erste Nutbereich N1 weist einen im Wesentlichen ebenen ersten Nutgrund N1' und der zweite Nutbereich N2 einen ebenfalls im Wesentlichen ebenen zweiten Nutgrund N2' auf. Die Nutbereiche N1, N2 und somit deren Nutgrund N1' und N2' sind in einem Winkel α zueinander geneigt, wodurch zwischen den Nuten N1, N2 ein im Wesentlichen V-förmiger Klemmkörperbereich 3.1 ausgebildet ist, der sich radial nach außen verjüngt und durch den Nutgrund N1', N2' der beiden Nutbereiche N1, N2 begrenzt wird.
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Der Winkel α zwischen dem Nutgrund N1' und N2' der Nutenbereiche N1, N2 wird dabei so gewählt, dass ein Aufstellmoment auf den/die Klemmkörper/n 3 entsteht.
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Die Mäanderfeder 4 liegt mit jeweils einer Windung gleichzeitig an dem ersten Nutgrund N1' des ersten Nutbereiches N1 und an dem zweiten Nutgrund N2' des zweiten Nutbereiches N2 an und greift somit, der Schrägstellung der Klemmkörper 3 entgegenwirkend, in die beiden Nutbereiche N1, N2 der Anfederungsnut N ein und übernimmt dabei gleichzeitig die Führung für den/die Klemmkörper.
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Zwischen dem jeweiligen Klemmkörper 3 und der Mäanderfeder 4 wird somit eine Wirkverbindung hergestellt, die eine unerwünschte Schrägstellung der Klemmelemente 3 quer zur Drehrichtung verhindert.
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Bei der Verdrehung der Klemmkörper 4 in den Nuten N entsteht keine saubere Rollbewegung, sondern es findet teilweise auch eine Gleitbewegung statt, wodurch eine Reibkraft FR zwischen Mäanderfeder 4 und Klemmkörper 3 wirkt. Diese Reibung bewirkt eine verbesserte Dämpfung der Klemmkörper 3.
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Es muss jedoch sicher gestellt sein, dass das Aufstellmoment die Reibung in jeder Situation überwindet, um die Freilauffunktion zu erfüllen.
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Die dreidimensionale Darstellung der Mäanderfeder wird in 2 gezeigt und die Einzelheit A in 3. Daraus ist ersichtlich, dass das erste Ende 4.1 und das zweite Ende 4.2 der Mäanderfeder 4 so ineinander greifen, dass ein Hinterschnitt entsteht, wodurch gewährleistet ist, dass die beiden Enden 4.1, 4.2 sich nicht unbeabsichtigt voneinander Lösen.
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Diese Verklammerung des ersten Endes 4.1 und des zweiten Endes 4.2 gewährleistet eine stabile, tangentiale Kraftübertragung zwischen den Enden 4.1, 4.2 der Mäanderfeder 4.
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Die Einzeldarstellung eines Klemmkörpers 3 wird in 4 als Querschnitt im Bereich der Nut N, in 5 als dreidimensionale Darstellung aus Richtung des ersten Nutbereiches N1 und in Figur als dreidimensionale Darstellung aus Richtung des zweiten Nutbereiches N2 gezeigt.
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Daraus ist ersichtlich, dass die Nut N einen ersten Nutbereich N1 mit einem im Wesentlichen ebenen ersten Nutgrund N1' und einen zweite Nutbereich N2 mit einem im Wesentlichen ebenen zweiten Nutgrund N2' aufweist. Die Nutbereiche N1, N2 und somit deren Nutgrund N1' und N2' sind in einem Winkel α (s. 4) zueinander geneigt, wodurch zwischen den Nuten N1, N2 ein im Wesentlichen V-förmiger Klemmkörperbereich 3.1 ausgebildet ist, der sich radial nach außen verjüngt und durch den Nutgrund N1', N2' der beiden Nutbereiche N1, N2 begrenzt wird. Der Winkel α zwischen dem Nutgrund N1' und N2' der Nutenbereiche N1, N2 wird dabei so gewählt, dass ein Aufstellmoment auf den/die Klemmkörper/n 3 entsteht.
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Der Teilschnitt durch einen Freilauf mit einem Innenring 1, einem Außenring 2, Klemmkörpern 3 mit erstem Nutbereich N1 und zweiten Nutbereich N2 und einer Mäanderfeder 4, die in die Nutbereiche N1, N2 eingreift und jeweils am Nutgrund (hier nicht bezeichnet) anliegt, ist in 7 in folgenden Funktionsstellungen dargestellt: a) nominal, b) Dämpfung, c) mittleres Moment und d) maximales Moment.
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Ein Freilaufpaket aus Mäanderfeder 4 und Klemmkörpern 3 in dreidimensionaler Darstellung zeigt 8. Die Klemmkörper 3 liegen dabei aneinander an.
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Der Längsschnitt durch einen Freilauf mit einer Längsachse A ist in 9 und die Einzelheit B gemäß 9 in 10 dargestellt.
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Es ist ersichtlich, dass die zwischen Innenring 1 und Außenring 2 angeordneten Klemmkörper 3 eine Nut N aufweisen, in welcher die Mäanderfeder 4 eingreift. Die Mäanderfeder 4 sitzt radial außen in einer Federnut 2.1 des Außenrings und wird in dieser axial (in seitlicher Richtung) geführt.
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Die Mäanderfeder 4 übernimmt außer der nötigen Anfederung auch die Führungsfunktion der Klemmkörper 3 an den seitlichen Flächen der Nutbereiche N1, N2. Diese Variante ist besonders vorteilhaft, da sie eine gute Führung durch die zwei Nutbereiche Nut für die Anfederung bei dem geringsten Bauraumbedarf ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Innenring
- 2
- Außenring
- 2.1
- Federnut
- 3
- Klemmkörper
- 3.1
- V-förmiger Klemmkörperbereich
- 4
- Mäanderfeder
- 4.1
- erstes Ende
- 4.2
- zweites Ende
- A
- Längsachse
- N
- Anfederungsnut
- N1
- erster Nutbereich
- N1'
- erster Nutgrund
- N2
- zweiter Nutbereich
- N2'
- zweiter Nutgrund
- F
- Federkraft
- FR
- Reibkraft
- α
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1814968 A [0004]
- DE 6811650 U [0004]
- DE 3233073 C2 [0004]
