Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
FREEWHEEL, IN PARTICULAR FOR A CRANK-CVT TRANSMISSION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/015181
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a crank-CVT transmission, comprising an inner ring (1), an outer ring (2), which can be rotated relative to the inner ring (1) in at least one direction of rotation and which is arranged radially around the inner ring (1), several clamping elements (3), which are arranged between the inner ring (1) and the outer ring (2), and at least one damping and spring-mounting device (4) for applying a spring force to the clamping elements (3), wherein the clamping elements (3) are arranged in a freewheel cage and the damping and spring-mounting device is designed in the form of a cage-fixed individual spring mounting in the form of a biasing spring (4) and a damping spring mounting for each clamping element (3), wherein the damping spring mounting acts substantially axially on the radially outer area of the clamping element (3).

Inventors:
GREB PETER (DE)
MAN LASZLO (DE)
SCHUMANN LARS (DE)
Application Number:
PCT/DE2010/000894
Publication Date:
February 10, 2011
Filing Date:
July 29, 2010
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH (DE)
GREB PETER (DE)
MAN LASZLO (DE)
SCHUMANN LARS (DE)
International Classes:
F16D41/07
Foreign References:
GB2050536A1981-01-07
DE3117635A11982-11-25
US5896967A1999-04-27
JPH06313444A1994-11-08
DE102007014456A12008-09-25
Attorney, Agent or Firm:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG (DE)
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1. Freilauf, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe mit einem Innenring (1), einen relativ zum Innenring (1) in mindestens einer Drehrichtung drehbaren Außenring (2), der radial um den Innenring (1) herum angeordnet ist, mehreren Klemmkörpem (3), die zwischen dem Innenring (1) und dem Außenring (2) angeordnet sind und wenigstens eine

Dämpfungs- und Anfederungsvorrichtung zum Beaufschlagen der Klemmkörper (3) mit einer Federkraft, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkörper (3) in einem Freilaufkäfig (5) angeordnet sind und die Dämpfungs- und Anfederungsvorrichtung in Form einer käfigfesten Einzelanfederung in Form einer Vorspannfeder (4) und einer Dämpfungsanfederung für jeden Klemmkörper (3) ausgebildet ist, wobei die die Dämpfungsanfederung im Wesentlichen axial auf den radial äußeren Bereich des Klemmkörpers (3) wirkt.

2. Freilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsanfederung bei Klemmkörper-Schwenkbewegungen Reibungsenergie abbauend über die Oberfläche des Klemmkörpers (3) gleitet.

3. Freilauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsanfederung beim Rutschvorgang des Klemmkörpers (3) ein Drehmoment auf den Klemmkörper (3) überträgt und diesen zurück auf den Klemmspalt dreht.

4. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilaufkäfig (5) einen Käfiganschlag (5a) aufweist und dass verbleibende Restenergie durch Anschlag des Klemmkörpers (3) an den Käfiganschlag (5a) des Freilaufkäfigs (5) sowie an den Innenring (1) bei Bewegung des Freilaufkäfigs (5) relativ zum Innenring (1) abgegeben wird.

5. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtheit von Freilaufkäfig (5) und allen Klemmkörpern (3) relativ zum Innenring (1) verdrehbar ist.

6. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannfeder (4) auf den in Richtung zum Außenring (2) liegenden Bereich des Klemmkörpers (3) wirkt.

7. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsanfederung der Klemmkörper (3) in Form von wenigstens einer axial am Klemmkörper (3) angreifenden Dämpfungsfeder (6) ausgebildet ist.

8. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsanfederung der Klemmkörper (3) in Form von einer Reibeinheit (7) ausgebildet ist, die einerseits am radial äußeren Bereich des Klemmkörpers (3) axial wirkend angreift und andererseits auf dem Innenring (1) angefedert gelagert ist.

9. Freilauf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmkörper (3) bei Relativbewegung durch die Reibeinheit (7) gebremst wird.

10. Kurbel-CVT-Getriebe mit einem Freilauf nach einem der vorstehenden Ansprüche.

Description:
Freilauf, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Freilauf, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe. 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 Bauteil- Geometrien erreicht, die aber gleichzeitig nicht ohne Änderung der Geometrien an der Stelle der Bauteile-Kopplung erfolgen kann.

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. Ferner sind Freilaufeinrichtungen für ein Getriebe, insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe eines Kraftfahrzeugs bekannt, die zwischen einem Außenring und einem Innenring in einem Käfig gehaltene Klemmkörper aufweisen. Dabei ist jeweils ein Klemmkörper durch einen Energiespeicher gegen den Innenring oder den Käfig mit einer relativ großen Anpresskraft drückbar. Durch einen Mechanismus kann der Klemmkörper in die Freigaberichtung oder in die Klemmrichtung aufstellbar sein, wobei der Energiespeicher so bemessen ist, dass er bei einer relativ großen Anpresskraft eine relativ kleine Aufstellkraft zum Aufstellen der Klemmkörper erzeugt.

Bei Klemmkörperfreiläufen mit Einzelanfederung der Klemmkörper und axial gegen den Innenring angefedertem Käfig zur Dämpfung wird durch die Anfederung des Käfigs ein hoher Anteil an kinetischer Energie, welche die Klemmkörper an den Käfig übergeben, durch Reibung abgebaut. Allerdings befinden sich die Klemmkörper dabei am Käfiganschlag und damit maximal weit vom Klemmspalt entfernt. Um den Klemmkörper für den folgenden Spannvorgang ausreichend schnell in den Klemmspalt zu positionieren, ist eine Vorspannfeder vorge- sehen, welche ihre Energie dazu an den Klemmkörper abgibt. Daher besitzt der Klemmkörper bei Ankunft am Klemmspalt erneut kinetische Energie, welche ihn abprallen lässt und durch Reibung abgebaut werden muss. Dazu ist entweder eine große Reibkraft erforderlich, welche sich negativ auf den Wirkungsgrad des Freilaufs auswirkt, oder eine große Anfederungskraft um in der zur Verfügung stehenden Zeit den Klemmkörper schnell genug zu beschleunigen, so dass er viel Reibweg zurücklegen kann. Diese große Anfederungskraft drückt den Klemmkörper entsprechend stark in den Klemmspalt, was wiederum zu großer Reibung im Überholbetrieb und damit ebenfalls zu einem geringen Wirkungsgrad führt.

Die DE 10 2007 014 456 A1 betrifft einen schaltbaren Freilauf, der koaxial um eine Drehachse zwischen einem Innenring und einem Außenring angeordnet ist und mit dem Verschleiß reduziert und die Reibung verringert werden soll. Der schaltbare Freilauf umfasst mindestens zwei Klemmkörper, die mittels einer Schalteinheit mit dem Innenring und dem Außenring kontak- tierbar sind. Der Klemmkörper ist in einer Halteeinheit rotatorisch in einem Winkelbereich beweglich geführt.

Die Schalteinheit ist translatorisch in der Halteeinheit und in einer Verstelleinheit beweglich geführt.

Die Verstelleinheit ist im Vergleich zu der Halteeinheit rotatorisch um die Drehachse beweglich. Ein Kontakt zwischen einer Kontaktfläche des Klemmkörpers und einer Kontaktfläche des Innenrings und einer Kontaktfläche des Klemmkörpers und einer Kontaktfläche des Außenringes ist durch eine rotatorische Beweglichkeit des Klemmkörpers herstellbar oder aufhebbar. Der Freilauf weist eine Halteeinheit, beispielsweise in Ausbildung eines Halterings, und eine Verstelleinheit, beispielsweise in Ausbildung eines Verstellrings, auf, die koaxial zu der Drehachse des Innenrings zwischen einem Innenring und einem Außenring angeordnet sind. Jeder Klemmkörper ist in der Halteeinheit rotatorisch beweglich gelagert. Weiterhin weist der Freilauf eine Schalteinheit auf, die koaxial zu der Drehachse des Innenrings zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet ist. Die Schalteinheit ist translatorisch in der Halteeinheit und in der Verstelleinheit beweglich, beispielsweise wird die translatorische Bewegung durch eine Schaltgabel initiiert, so dass die Schalteinheit axial, d. h. bezogen auf die Drehachse, verschiebbar ist. Durch eine translatorische Bewegung der Schalteinheit wird die Verstelleinheit gegenüber der Halteeinheit rotatorisch bewegt, d. h. radial um die Drehachse des Innenrings und des Außenrings verschwenkt, so dass der Klemmkörper entweder den Innenring und den Außenring kontaktiert, oder durch das Verschwenken der Verstelieinheit gegenüber der Halteeinheit ist der Freilauf schaltbar. Der Freilauf ist in drei Positionen schaltbar, wobei in einer ersten Position der Klemmkörper unabhängig von der Drehrichtung des Innen- und Außenrings den Innenring und den Außenring kontaktiert, in einer zweiten Position der Klemmkörper unabhängig von der Drehrichtung des Innen- und Außenrings den Innenring und den Außenring nicht kontaktiert und in einer dritten Position der Klemmkörper abhängig von der Drehrichtung des Innen- und Außenrings den Innenring und den Außenring entweder kontaktiert oder nicht kontaktiert. Diese Lösung ist relativ aufwendig gestaltet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Freilauf, insbesondere für ein Kurbel-CVT- Getriebe, mit einer Dämpfungs- und Anfederungsvorrichtung bereitzustellen, welche bei hoher Freilaufdynamik die kinetische Restenergie aller Klemmkörper durch Reibung abbaut und sie für den nächsten Klemmzyklus in den Klemmspalt legt, ohne dass Wirkungsgradnachteile bei geringer Freilaufdynamik auftreten.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der insbesondere für ein Kurbel-CVT-Getriebe ausgebildete Freilauf weist einen Innenring, einen relativ zum Innenring in mindestens einer Drehrichtung drehbaren Außenring, der radial um den Innenring herum angeordnet ist, mehrere Klemmkörper, die zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind und wenigstens eine Dämpfungs- und Anfederungsvorrichtung zum Beaufschlagen der Klemmkörper mit einer Federkraft auf, wobei die Klemmkörper erfindungsgemäß in einem Freilaufkäfig angeordnet sind und die Dämpfungs- und Anfederungsvorrichtung in Form einer käfigfesten Einzelanfederung in Form einer Vorspannfeder und einer Dämpfungsanfederung für jeden Klemmkörper ausgebildet ist, wobei die Dämpfungsanfederung im Wesentlichen axial auf den radial äußeren Bereich des Klemmkörpers wirkt.

Dadurch liegen die Klemmkörper bereits am Ende des Rutschvorgangs ohne kinetische Energie im Klemmspalt. Dieser Zeitvorteil erlaubt höhere Betriebsfrequenzen und - drehzahlen, ohne das Anfederungs- oder Reibungsniveau der Einzelanfederung erhöhen zu müssen. Dabei gleitet die Dämpfungsanfederung bei Klemmkörper-Schwenkbewegungen Reibungsenergie abbauend über die Oberfläche des Klemmkörpers und überträgt beim Rutschvorgang des Klemmkörpers ein Drehmoment auf diesen, wodurch der Klemmkörper zurück auf den Klemmspalt gedreht wird. - A -

Weiterhin weist der Freilaufkäfig einen Käfiganschlag auf, wodurch verbleibende Restenergie durch Anschlag des Klemmkörpers an den Käfiganschlag des Freilaufkäfigs abgegeben wird.

Vorteilhafter Weise ist die Gesamtheit von Freilaufkäfig und allen Klemmkörpern relativ zum Innenring verdrehbar. Dies ist insbesondere für die Betriebszustände mit hoher Freilaufdynamik von Vorteil, bei denen diese Vorrichtung nicht mehr in der Lage ist, die komplette kinetische Restenergie der Klemmkörper abzubauen. In diesem Fall wird die verbleibende Energie durch Anschlag an den Käfig abgegeben, so dass sich die Gesamtheit von Käfig und allen Klemmkörpern relativ zum Innenring verdreht (Rutschvorgang).

Die Vorspannfeder wirkt auf den in Richtung zum Außenring liegenden Bereich des

Klemmkörpers und die Dämpfungsanfederung ist z.B. in Form von wenigstens einer axial am radial äußeren Bereich der Klemmkörper angreifenden Dämpfungsfeder ausgebildet.

Alternativ kann die Dämpfungsanfederung der Klemmkörper in Form einer Reibeinheit ausgebildet sein, die einerseits am radial äußeren Bereich des Klemmkörpers axial wirkend angreift und andererseits auf dem Innenring angefedert gelagert ist, so dass der Klemmkörper bei Relativbewegung durch die Reibeinheit gebremst wird. Dadurch wird die Reibung im Betrieb mit geringer Freilaufdynamik weiter minimiert und der Wirkungsgrad erhöht.

Mit der Erfindung wird ein wirkungsgradoptimierter Dämpfungsmechanismus für Klemmkörperfreiläufe, insbesondere für den Betrieb mit hoher Antriebsfrequenz und Abtriebsdrehzahl, geschaffen, bei dem durch reibende Bedämpfung der Klemmkörper in deren radial äußeren Bereich diese aufgrund des daraus resultierenden Aufstellmoments bereits am Ende des Dämpfungsvorgangs im Klemmspalt liegen.

Abweichend vom Stand der Technik wird somit nicht der Käfig gegen den Innenring mittels Dämpfungsfeder angefedert bedämpft, sondern die Klemmkörper selbst. Die Anfederung wirkt dadurch axial auf den radial äußeren Bereich der Klemmkörper, so dass beim Rutschvorgang ein Drehmoment auf die Klemmkörper übertragen wird, welches diese, wie vorgenannt bereits beschrieben, zurück auf den Klemmspalt dreht. Der dadurch entstehende Zeitvorteil erlaubt höhere Betriebsfrequenzen und Drehzahlen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger

Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 einen Ausschnitt des Querschnitts eines Freilaufes durch einen zwischen

Innenring und Außenring angeordneten Klemmkörper, mit einer Dämpfung des Klemmkörpers durch eine axial wirkende Dämpfungsfeder,

Figur 2 Darstellung gem. Figur 1 in der Draufsicht,

Figur 3 einen Ausschnitt des Querschnitts eines Freilaufes durch einen zwischen

Innenring und Außenring angeordneten Klemmkörper, mit einer Dämpfung des Klemmkörpers durch eine axial wirkende Reibeinheit.

In Figur 1 ist der Ausschnitt des Querschnitts eines Freilaufes durch einen zwischen Innenring 1 und Außenring 2 angeordneten Klemmkörper 3 und in Fig. 2 die Draufsicht dargestellt. Der Klemmkörper 3 weist einen sich im Querschnitt in der Mitte verjüngenden Bereich auf. Der Klemmkörper 3 weist in Richtung zum Außenring 2 zwei sich in Drehrichtung erstreckende Vorsprünge 3.1 und 3.2 und in Richtung zum Innenring zwei sich in Drehrichtung erstreckende Vorsprünge 3.3 und 3.4 auf. An dem Innenring 1 greift der Klemmkörper 3 mit einer ersten Kontaktfläche 3a und am Außenring mit einer zweiten Kontaktfläche 3b an. Die Klemmkörper 3 sitzen in einem Freilaufkäfig 5, der Käfiganschläge 5a für die Vorsprünge 3.3 der Klemmkörper 3 aufweist. Die radial innen liegenden Vorsprünge 3.3 und 3.4 gleiten in Gleitflächen 5.3, 5.4 (s. Fig. 1).

Eine Vorspannfeder 4 wirkt jeweils auf den in der Darstellung gem. Fig. 1 links davor angeordneten Klemmkörper 3 im Bereich der in Richtung zum Außenring 2 radial außen liegenden Seite (Kontaktfläche 3a) des Klemmkörpers 3 in Richtung zum Innenring 1 und in Klemmrichtung und überträgt eine Grundvorspannung auf den jeweiligen Klemmkörper 3.

Weiterhin wirkt gem. Fig. 1 und 2 radial außen an dem in Richtung zum Außenring weisenden Bereich des Klemmkörpers 3 eine Dämpfungsfeder 6, die axial auf die Klemmkörper 3 wirkt und in Richtung zum Innenring 1 bei Relativbewegung zu diesem eine Dämpfungsfederkraft auf den Klemmkörper 3 überträgt.

Anstelle der Verwendung einer Dämpfungsfeder 6 ist es gem. Fig. 3 auch möglich, eine Reibeinheit 7 zu verwenden, die einen Anschlag 7a für den Klemmkörper aufweist und sich am Innenring 1 abstützt. Der radial außen liegende erweiterte Bereich des Klemmkörpers 3 schlägt hier mit dem Vorsprung 3.2 am Anschlag 7 an. Auch gem. Fig. 3 weist der Freilaufkä- fig 5 einen Käfiganschlag 5a auf. Dadurch wird die Reibung im Betrieb mit geringer Freilaufdynamik weiter minimiert und der Wirkungsgrad erhöht.

Für die Betriebszustände mit geringer Freilaufdynamik wird durch die erfindungsgemäße Lösung eine käfigfeste Anfederung für jeden Klemmkörper geschaffen, welche bei Klemmkör- perschwenkbewegungen über dessen Oberfläche gleitet und dadurch reibend Energie abbaut.

Sowohl in der Ausführungsvariante gem. Fig. 1 und 2 als auch in der Ausführungsvariante gem. Fig. 3 schlägt der Klemmkörper 3 bei hoher Freilaufdynamik mit dem Vorsprung 3.3 gegen den Käfiganschlag 5a. Aufgrund der im Gegensatz zum Freilaufkäfig 5 größeren Gegenkraft erzeugt durch die Reibeinheit 7, welche im radial äußeren Bereich des Klemmkörpers 3 angreift, entsteht ein Drehmoment, welches den Klemmkörper 3 in den Klemmspalt (nicht dargestellt) dreht. Dies ist für die Betriebszustände mit hoher Freilaufdynamik maßgeblich, bei denen diese Vorrichtung nicht mehr in der Lage ist, die komplette kinetische Restenergie der Klemmkörper abzubauen, wird die verbleibende Energie durch Anschlag an den Freilaufkäfig abgegeben, so dass sich die Gesamtheit von Käfig und allen Klemmkörpern relativ zum Innenring verdreht (Rutschvorgang).

Insgesamt wird durch die erfindungsgemäße Lösung bei hoher Freilaufdynamik die kinetische Restenergie aller Klemmkörper durch Reibung abbaut und die Klemmkörper für den nächsten Klemmzyklus in den Klemmspalt gelegt, ohne dass diese Reibung Wirkungsgradnachteile des Getriebes bei geringer Freilaufdynamik bedingt.

Bezugszeichenliste

1 Innenring

2 Außenring

3 Klemmkörper

3.1 , 3.2 außen angeordnete Vorsprünge des Klemmkörpers

3.3, 3,4 innen angeordnete Vorsprünge des Klemmkörpers

3a erste Kontaktfläche

3b zweite Kontaktfläche

4 Vorspannfeder

5 Freilaufkäfig

5a Käfiganschlag

5.3, 5.4 Gleitflächen

6 Dämpfungsfeder

7 Reibeinheit

7a Anschlag