Die vorliegende Erfindung betrifft eine Freilaufanordnung für ein Getriebe, insbesondere für ein Kurbel-CVT eines Kraftfahrzeuges.

Aus der DE 102 43 535 A1 geht ein stufenlos verstellbares Getriebe hervor, das eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle umfasst, die parallel zueinander in einem Getriebegehäuse verdrehbar gelagert ausgerichtet sind. Die Antriebswelle und die Abtriebswelle sind über eine Exzentereinrichtung der Antriebswelle und eine an der Abtriebswelle angeordnete Freilaufanordnung sowie eine die Exzentereinrichtung die Freilaufanordnung verbindende Kurbelmechanik miteinander verbunden. Die Exzentereinrichtung besteht aus mehreren Exzentereinheiten, die axial nebeneinander auf der Antriebswelle angeordnet sind. Die Freilaufeinrichtung besteht aus mehreren Freilaufeinheiten, die auf der Abtriebswelle axial nebeneinander angeordnet sind. Zur Bildung jeder Exzentereinheit weist die Antriebswelle einen gegenüber ihrer Rotationsachse exzentrisch versetzten Führungsbereich auf, auf dessen Mantelfläche ein Exzenterbauteil verdrehbar gelagert ist. Auf dem Exzenterbauteil ist bei der Ausgestaltung des stufenlosen Getriebes als Kurbel-CVT (Continuous variable transmission) wenigstens eine Pleuelstange verdrehbar angeordnet. Durch die Verdrehung einer in einer Ausnehmung der Antriebswelle angeordneten Verstellwelle, wird das Ausmaß der Exzentrizität des Exzenterbauteiles in Bezug auf die Rotationsachse der Antriebswelle verändert.

Die auf der Abtriebswelle angeordneten Freilaufeinheiten besitzen jeweils Klemmkörper, die zwischen einem durch einen Bereich der Abtriebswelle gebildeten Innenring und einem Außenring angeordnet sind, wobei die Flächen des Außenringes und des Innenringes derart aufeinander abgestimmt sind, dass sie Klemmspalte bilden, in denen die Klemmkörper in einer Relatiwerdrehrichtung zwischen Innenring und Außenring diese Verdrehung blockieren können, sodass der Innenring und der Außenring gemeinsam verdreht werden. In der anderen Relatiwerdrehrichtung 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. Die einzelnen Klemmkörper sind über wenigstens einen Käfig in der Umfangsrichtung zueinander positioniert.

Üblicherweise werden die Klemmkörper einer Freilaufeinheit mit einer Kraft in den Klemmspalt gedrückt, die der 10 bis 50-fachen Gewichtskraft der Klemmkörper entspricht. Diese Feder- kraft drückt die Klemmkörper permanent gegen den Außenring und erzeugt dort Reibungsverluste während des Überholens. Die dabei erzeugte Reibkraft ist notwendig, weil sie im Augenblick des Überholens die einzige Kraft ist, die die Klemmkörper in die Klemmspalte zieht. Als Klemmkörper werden vorzugsweise Klemmrollen verwendet.

Beim Kurbelgetriebe erfährt der Außenring im Augenblick des Greifens eine durch die eingangs erwähnte Kurbelmechanik, die z.B. durch Pleuelstangen gebildet wird, ausgeprägte Beschleunigung. Um diese Beschleunigung bei einer vorgegebenen Rollenmasse für die Klemmrollen zu erzielen, muss eine möglichst hohe Kraft herrschen, damit die Rutschzeit und damit die Zeitverzögerung, bis die Klemmrollen richtig greifen, möglichst kurz wird. Daraus ergibt sich, dass je nach Beschleunigung des Außenringes beim Greifen eine Kraft aufgebracht werden muss, die etwa der 10 bis 50-fachen Gewichtskraft der Klemmkörper entspricht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Freilaufanordnung zu schaffen, bei der die Rutschzeit und somit die Zeitverzögerung bis zum richtigen bzw. effektiven Greifen der Klemmkörper in den Klemmspalten zwischen Außenring und Innenring auch bei einer relativ kleinen Kraftausübung auf die Klemmkörper möglichst kurz ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Freilaufanordnung, insbesondere zur Anwendung im Zusammenhang mit einem Kurbel-CVT, mit einem Innenring, einem Außenring und einem zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordneten ringförmigen Käfig in dem Klemmkörper gehalten sind (Hauptfreilauf), gelöst, wobei die Klemmkörper bei einer Relatiwerdrehung des Außenringes in Bezug auf den Innenring in der einen Richtung jeweils in einen zwischen dem Innenring und dem Außenring ausgebildeten Klemmspalt hinein bewegbar und bei einer Relativbewegung des Außenringes in Bezug auf den Innenring in der anderen Richtung aus dem Klemmspalt heraus bewegbar sind. Es ist erfindungsgemäß ein Vorschaltfreilauf vorgesehen, dessen Klemmkörper bei einer Relativbewegung zwischen dem Außenring und dem Innenring in der einen Richtung in einen zwischen dem Käfig und dem Außenring ausgebildeten weiteren Klemmspalt hinein bewegbar und bei einer Relativbewegung zwischen dem Außenring und dem Innenring in der anderen Richtung aus dem weiteren Klemmspalt heraus bewegbar sind. Dabei werden die weiteren Klemmkörper des Vorschaltfreilaufes jeweils durch einen Energiespeicher in Richtung auf den weiteren Klemmspalt vorgespannt. Die weiteren Klemmkörper besitzen ein kleineres Gewicht als die Klemmkörper. Der wesentlichen Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass dem eigentlichen Freilauf, der durch die Klemmkörper in den Klemmspalten zwischen dem Außenring und dem Innenring gebildet wird, ein Vorschaltfreilauf vorgeschaltet wird, der ausschließlich den Zweck hat, die Beschleunigungskraft für die Klemmkörper des Hauptfreilaufes zu erzeugen. Dieser Vorschaltfreilauf wird durch vergleichsweise kleine Klemmkörper zwischen dem Käfig und dem Außenring gebildet. Der Vorschaltfreilauf kann dabei in seiner Momentenkapazität um ein Vielfaches kleiner sein, als der Freilauf. Es gelten für den Vorschaltfreilauf zwar dieselben, oben erwähnten Regeln mit der 10 bis 50-fachen Gewichtskraft, diese ist aber entsprechend der kleineren Masse der Klemmkörper des Vorschaltfreilaufes um ein Vielfaches kleiner als diejenige des Hauptfreilaufes. Daher entsprechen die Verluste auch nur einem Bruchteil eines bekannten normalen Freilaufes ohne Vorschaltfreilauf.

Da bei Kurbelgetrieben die Hauptverlustquellen in den Überhohlverlusten des Freilaufes zu sehen sind, kann durch die vorliegende Erfindung der Gesamtwirkungsgrad durch den Vorschaltfreilauf deutlich verbessert werden.

Bei einer bevorzugten und einfachen Ausgestaltungen der Erfindung weist der Energiespeicher die Form einer Druckfeder auf, deren eine Seite sich an dem Klemmkörper des Vorschaltfreilaufes und deren andere Seite sich an dem Käfig abstützen. Dabei ist die andere Seite der Druckfeder konstruktiv besonders vorteilhaft in einer Sackbohrung des Käfigs angeordnet. Die Sackbohrung kann dabei in einem in den Raum zwischen dem Außenring und dem Käfig hinein ragenden Teilbereich des Käfigs angeordnet sein. Der Käfig und der Teilbereich können daher einstückig hergestellt werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Käfig durch einen weiteren, dämpfenden Energiespeicher gegenüber dem Innenring abgefedert sein. Der weitere Energiespeicher weist dabei vorteilhaft die Form einer weiteren Druckfeder auf, deren eine Seite sich an dem Käfig und deren andere Seite sich an dem Innenring abstützen. Konstruktiv besonders einfach stützen sich dabei die eine Seite der weiteren Druckfeder in einer Sackbohrung des Innenringes und die andere Seite der weiteren Druckfeder in einer Sackbohrung des Käfigs ab. Die Sackbohrung des Käfigs kann in einem Teilbereich des Käfigs angeordnet sein, der sich in den Raum zwischen dem Käfig und dem Innenring hineinerstreckt. Dieser Teilbereich des Käfigs kann einstückig mit dem Käfig ausgebildet sein. Die Sackbohrung des Innenrings kann in einem Teilbereich des Innenringes angeordnet sein, der sich in den Raum - A - zwischen dem Käfig und dem Innenring hineinerstreckt. Dieser Teilbereich des Innenringes kann einstückig mit dem Innenring ausgebildet sein.

Besonders vorteilhaft weisen die Klemmkörper des Hauptfreilaufes und/oder die Klemmkörper des Vorschaltfreilaufes die Form von Klemmrollen auf. Das Verhältnis zwischen der Anzahl der Klemmkörper des Hauptfreilaufes und der Anzahl der Klemmkörper des Vorschaltfreilaufes kann, je nach Anforderung, beliebig gewählt werden. Ebenso können, je nach Anforderung die Abmessungen der Klemmkörper des Hauptfreilaufes und der Klemmkörper des Vorschaltfreilaufes unterschiedlich sein. Die Klemmkörper des Hauptfreilaufes besitzen vorzugsweise einen größeren Durchmesser als die Klemmkörper des Vorschaltfreilaufes. Dadurch können Verluste möglichst klein gehalten und der Gesamtwirkungsgrad gegenüber bekannten Freilaufanordnungen deutlich verbessert werden.

Im Folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Freilaufanordnung und

Figur 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Teilbereiches der Freilaufanordnung der Figur 1.

Gemäß Figur 1 umfasst die vorliegende Freilaufanordnung 1 in an sich bekannter Weise im Wesentlichen einen Außenring 2, einen vorzugsweise als Innenstern ausgebildeten Innenring 3, einen Käfig 4, der ringförmig ausgebildet ist und über seinen Umfang gleichmäßig verteilt voneinander beabstandet Klemmkörper hält. Vorzugsweise sind diese Klemmkörper als Klemmrollen 5 ausgebildet.

Der Außenring 2 kann ebenfalls in an sich bekannter Weise eine Bohrung 6 aufweisen, die bei der Anwendung der vorliegenden Freilaufanordnung im Zusammenhang mit einem Kurbel- CVT, zur drehbaren Verbindung mit dem einem Ende einer Pleuelstange (nicht dargestellt) dient.

Gemäß den Figuren 1 und 2 werden die in Klemmspalten 14 zwischen dem Außenring 2 und dem Innenring 3 angeordneten Klemmkörper 5 in einem ringförmigen Käfig 4 gehalten. Die Klemmkörper 5 bilden zusammen mit dem Außenring 2 und dem Innenring 3 einen im Fol- genden als Hauptfreilauf bezeichneten Freilauf, der dem normalen Freilauf bekannter Freilaufanordnungen entspricht.

Gemäß der Figur 2 werden in zusätzlichen Klemmspalten 13 zwischen dem Käfig 4 und dem Außenring 2 weitere Klemmrollen 10 angeordnet, die gemäß der vorliegenden Erfindung einen weiteren Freilauf bilden, der im folgenden als Vorschaltfreilauf bezeichnet wird. Die Klemmrollen 10 des Vorschaltfreilaufes, die erheblich kleiner und daher leichter sind als die Klemmkörper 5 des Hauptfreilaufes, werden jeweils durch eine Druckfeder 11 beaufschlagt und in den Klemmspalt 13 hinein vorgespannt. Dabei ist die Druckfeder 11 vorzugsweise in einer Vertiefung bzw. Sackbohrung 12 des Käfigs 4 enthalten, derart, dass sich ihre eine Seite am Boden der Sackbohrung 12 abstützt, wohingegen sich ihre andere Seite an der Klemmrolle 10 abstützt. Die Sackbohrung 12 ist vorzugsweise in einem Teilbereich 15 des Käfigs 4 angeordnet, der sich in den Raum zwischen dem Außenring und dem Käfig 4 hinein erstreckt. Als Klemmkörper 10 sind vorzugsweise ebenfalls Klemmrollen vorgesehen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung greift also beim Überholen zunächst der Vorschaltfreilauf, wobei die durch die Druckfeder 11 beaufschlagten Klemmkörper 10 mit der kleinen Masse in die Klemmspalte 13 hineingedrückt werden und permanent an der Innenfläche des Außenringes 2 anliegen. Der Käfig 4 folgt in der Blockierrichtung der Drehung des Außenringes 2 und nachfolgend werden die Klemmkörper 5 des Hauptfreilaufes in die Klemmspalte 14 eingeführt, sodass der Innenring 3 der Drehung des Außenringes 2 folgt. Die Klemmrollen 5 des Freilaufes können während des Überholvorganges den Außenring 2 mit einer kleinen Kraft, z. B. der einfachen Gewichtskraft berühren oder sogar Spiel haben.

Bei einer Anwendung der vorliegenden Freilaufanordnung im Zusammenhang mit Kurbelgetrieben kann der Gesamtwirkungsgrad durch den Vorschaltfreilauf der erfindungsgemäßen Freilaufanordnung deutlich verbessert werden, weil die Überholverluste der Freilaufanordnung von Kurbelgetrieben die Hauptverluste des Getriebes sind.

In der ersichtlichen Weise kann bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Käfig 4 in Bezug auf den Innenring 3 derart in Umfangsrichtung abgefedert sein, dass eine Dämpfung zwischen dem Käfig 4 und dem Innenring 3 bewirkt wird. Hierzu dient eine Druckfeder 7, die sich einerseits am Käfig 4 und andererseits am Innenring 3 abstützt. Vorzugsweise sind die Enden der Druckfeder 7 in Sackbohrungen 8 bzw. 9 des Käfigs 4 bzw. des Innenringes 3 angeordnet. Die Sackbohrung 9 des Innenringes 3 befindet sich vorzugsweise in ei- nem Teilbereich 16 des Innenringes 3, der sich in dem Raum zwischen dem Käfig 4 und dem Innenring 3 hinein erstreckt. Entsprechend befindet sich die Sackbohrung 8 in einem Teilbereich 17 des Käfigs 4, der sich den Raum zwischen dem Käfig 4 und dem Innenring 3 hinein erstreckt.

Bei einer derartigen Anfederung des Käfigs 4 gegenüber dem Innenring 3 beträgt die Kraft nur ein Bruchteil, beispielsweise ein Zehntel der üblichen Anfederungskraft. Spannwinkelunterschiede zwischen dem Hauptfreilauf und dem Vorschaltfreilauf können durch die radiale Nachgiebigkeit des Käfigs 4 an der Auflagestelle der Klemmkörper des Vorschaltfreilaufes ausgeglichen werden.

Es ist auch denkbar, die Klemmkörper 5 und die weiteren Klemmkörper 10 zum besseren Toleranzausgleich in getrennten Käfigen anzuordnen, die konzentrisch nebeneinander angeordnet sind.

Das Verhältnis zwischen der Anzahl der Klemmkörper 5 und der weiteren Klemmkörper 10 kann beliebig gewählt werden.

Bezuqszeichenliste

Freilaufanordnung

Außenring

Innen ring

Käfig

Klemmkörper

Bohrung

Druckfeder

Sackbohrung

Sackbohrung

Klemmkörper

Druckfeder

Sackbohrung

Klemmspalt

Klemmspalt

Teilbereich

Teilbereich

Teilbereich