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WO2010031369A1 - Umschaltbare freilaufeinrichtung für ein getriebe, insbesondere für ein kurbel-cvt eines kraftfahrzeuges - Google Patents

Umschaltbare freilaufeinrichtung für ein getriebe, insbesondere für ein kurbel-cvt eines kraftfahrzeuges Download PDF

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Publication number
WO2010031369A1
WO2010031369A1 PCT/DE2009/001126 DE2009001126W WO2010031369A1 WO 2010031369 A1 WO2010031369 A1 WO 2010031369A1 DE 2009001126 W DE2009001126 W DE 2009001126W WO 2010031369 A1 WO2010031369 A1 WO 2010031369A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
groove
output shaft
clamping body
freewheel
freewheel device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2009/001126
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lászlo MAN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Buehl Verwaltungs GmbH
LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Original Assignee
LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG
LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG, LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH filed Critical LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG
Priority to CN200980136841.2A priority Critical patent/CN102171479B/zh
Priority to JP2011527202A priority patent/JP5456046B2/ja
Priority to DE112009002166T priority patent/DE112009002166A5/de
Publication of WO2010031369A1 publication Critical patent/WO2010031369A1/de
Priority to US13/065,336 priority patent/US8579096B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D41/00—Freewheels or freewheel clutches
    • F16D41/06—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface
    • F16D41/08—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface with provision for altering the freewheeling action
    • F16D41/084—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface with provision for altering the freewheeling action the intermediate coupling members wedging by pivoting or rocking
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H29/00—Gearings for conveying rotary motion with intermittently-driving members, e.g. with freewheel action
    • F16H29/02—Gearings for conveying rotary motion with intermittently-driving members, e.g. with freewheel action between one of the shafts and an oscillating or reciprocating intermediate member, not rotating with either of the shafts
    • F16H29/04—Gearings for conveying rotary motion with intermittently-driving members, e.g. with freewheel action between one of the shafts and an oscillating or reciprocating intermediate member, not rotating with either of the shafts in which the transmission ratio is changed by adjustment of a crank, an eccentric, a wobble-plate, or a cam, on one of the shafts

Definitions

  • the present invention relates to a freewheel device for a transmission, in particular for a crank CVT of a motor vehicle.
  • a continuously variable transmission which comprises a drive shaft and an output shaft, which are aligned parallel to each other in a rotatable gear housing mounted.
  • the two shafts are connected to one another via an eccentric device of the drive shaft and a freewheel device arranged on the output shaft as well as a connecting device connecting the eccentric device and the freewheel device.
  • the eccentric consists of a plurality of eccentric units, which are arranged axially next to one another on the drive shaft.
  • the freewheel device consists of several freewheel units, which are arranged axially adjacent to each other on the output shaft.
  • the drive shaft has a guide area offset eccentrically with respect to its axis of rotation, on the lateral surface of which an eccentric component is rotatably mounted.
  • On the Exzenterbauteil at least one connecting rod is rotatably arranged in the configuration of the continuously variable transmission as a crank CVT (Continuous Variable Transmission).
  • the freewheel units arranged on the output shaft each have clamping bodies which are arranged between an inner ring formed by a region of the output shaft and an outer ring, wherein the surfaces of the outer ring and the inner ring are matched to one another such that the clamping body in a Relativvermosides between inner ring and outer ring this Blocking rotation, so that the outer ring and the inner ring are twisted together.
  • the clamping body In the other Relativverformatides between the outer ring and the inner ring no blocking effect is effected by the clamping body.
  • the individual clamping body are acted upon in the reverse direction, which can be done by at least one spring element.
  • the individual clamping bodies are positioned relative to each other via at least one cage in the circumferential direction.
  • each switching device is arranged between two adjacent clamping bodies.
  • the switching units are synchronously actuated and each have a rotatable disk-shaped area and a profiled area on which a leg spring is arranged.
  • This leg spring is clamped between the profiled area and an adjacent clamping body.
  • the leg spring has a leg which can act on a clamping body in the corresponding locking direction.
  • the leg spring and the profiled regions are arranged eccentrically with respect to the axis of rotation of the disk-shaped region, so that upon rotation of the disk-shaped region a circumferential displacement of the spring element and the profiled regions takes place.
  • the disc-shaped regions are arranged in a carrier part.
  • the direction of stress or force direction of the leg spring or of the leg thereof changes with respect to the clamping body. It can be seen that such switching units are problematic in terms of their mechanical structure, their susceptibility or lifetime and their production.
  • the object of the present invention is to provide a switchable freewheel device for a transmission, which is comparatively simple in construction of relatively few parts.
  • a switchable freewheel device for a transmission in particular for a crank CVT of a motor vehicle, with at least one freewheel unit having a drivable outer ring, an inner ring in the form of an output shaft and arranged therebetween, clamping body .
  • the clamp body spaced apart in each case in the axial direction, a first groove and a second groove, which are offset in the circumferential direction of the clamping body overlapping each other.
  • An annular worm spring surrounding the clamping body on the outside and radially biasing in the direction of the output shaft is displaceable in the axial direction by a switching mechanism in such a way that it engages either in the first groove or in the second groove, wherein the clamping body is twisted such that the the worm spring applied Aufstellkraft runs on one or the other side of the longitudinal axis.
  • the clamping bodies are for generating a Aufstellmomentes in one or the other direction each cylindrically shaped rolling elements having a cross section which has a comparatively large diameter in each case in the direction of each groove, so that when the worm spring is in the first or second groove , the second or first groove for unfolding a clamping force between is aligned with the outer ring and the wear shaft in one or the other direction.
  • first groove and the second groove expediently extends arcuately and is designed so that the forces exerted by the worm spring erection moments for switching the freewheel are respectively generated uniformly over a small lever arm.
  • the bottom of the first and second groove is configured to be approximately circular in each case.
  • the force exerted by the worm spring for generating a friction between the clamping bodies and the output shaft is large.
  • the clamping bodies preferably have central spigot parts projecting axially in the direction of the longitudinal axis, each of which rotatably engage in a recess of an annular support part, wherein the axially opposing support parts form a cage holding the clamping body, which is arranged concentrically to the output shaft.
  • the recesses are elongated in the circumferential direction of the cage.
  • the worm spring has to apply a particularly large frictional force between the clamping bodies and the drive shaft or the inner ring in the form of a tightly wound coil spring.
  • the switching mechanism has an axially displaceably arranged in an axial recess of the output shaft switching part on which at least one radially outwardly through a recess of the drive shaft passed through pin part is fixed, which is arranged on the outside in an annular switching part, the laterally acting on an axial displacement of the switching part on the clamping body to move it axially.
  • the recess of the output shaft in the axial direction has a larger dimension than the pin member, such that the worm spring, when the pin member abuts on one side of the recess, in the first groove, and then when the pin member on the other side the recess abuts, is located in the second groove.
  • the switching part is preferably a switching tube guided in the axial recess of the output shaft and the switching part has the shape of an annular switching sleeve surrounding the output shaft.
  • These embodiments are structurally particularly simple.
  • the shift sleeve acts on its axial displacement via suitable bearing arrangements on the support parts of the clamp body holding cages. - A -
  • the present invention has for realizing a preferred freewheel device on the output shaft axially adjacent to each other, a freewheel package forming freewheeling units, which are axially displaceable on the output shaft by at least one pin member. It can be arranged axially next to each other and several freewheeling packages on the output shaft.
  • the present freewheel device may be part of a crank-CVT transmission, wherein the outer ring of each freewheel unit is rotatably connected in a conventional manner with a connecting rod.
  • Figure 1 in a longitudinal section through a freewheel device according to the invention, wherein three freewheel units are arranged axially adjacent to each other on an output shaft of a transmission and wherein the freewheel is connected in one direction;
  • Figure 2 shows the freewheel device of Figure 1 at the moment of switching the freewheel in the other direction
  • FIG 3 shows the switched in the other direction freewheel device of Figure 1;
  • Figure 4 is a perspective view of a clamping body of the present freewheel device
  • Figure 7 shows a development of the invention.
  • the freewheel device essentially comprises an output shaft 1 which is rotatable about an axis of rotation and on which a plurality of freewheel units 2 are arranged axially next to one another.
  • Each freewheel unit 2 essentially comprises an outer ring 3, on which a connecting rod part 4 is arranged in a manner known per se, which is non-rotatably connected to the outer ring 3.
  • the actual freewheel of each freewheel unit 2 is formed by a corresponding region of the serving as an inner ring output shaft 1, the outer ring 3, between the outer ring 3 and the output shaft 1 preferably arranged in a cage clamp body 5 and a worm spring 6.
  • the worm spring 6 is contained in a radially extending elongated groove 7 of the outer ring 3 which opens towards the clamping body 5 and is dimensioned such that it is pulled against the outer circumference of the clamping body 5 due to its spring force.
  • the actual function of the worm spring 6 will be explained later.
  • worm spring 6 is a very tightly wound annular coil spring which extends around the entire outer circumference of the clamping body 5 of a freewheel unit 2 around.
  • the worm spring 6 generates a large force for generating a large friction between the clamping body 5 and the drive shaft 1, which preferably forms the inner ring of the freewheel.
  • the clamping bodies 5 are in the form of cylindrical rollers which have two mutually axially offset grooves 8, 9 at their circumference.
  • the grooves 8 and 9 are arranged offset in the circumferential direction of the clamping body 5 against each other.
  • the grooves 8 and 9 have at least on the sides facing each other oblique side surfaces 10, 11, so that the worm spring contained in them 6 when switching relatively easily out of the grooves 8, 9 can emerge.
  • the clamping bodies 5 each have a cross-section which in the direction of each groove 8, 9 has a large diameter 27, or 28, so that when the worm spring 6 is in the first groove 8 or in the second groove 9, the second Groove 9 or the first groove 8 is aligned for the development of its clamping force between the outer ring 3 and the drive shaft 1 in one or the other direction.
  • the grooves 8, 9 are distributed over the cross section of the clamping body 5 so that they overlap in the circumferential direction.
  • the worm spring 6 in the example of Figure 4 passes through the groove 8.
  • the worm spring 6 is axially moved in the direction of the arrow 13 by a corresponding switching mechanism, which will be explained in more detail below, it slides over the inclined surface 10 out of the groove 8 and subsequently snaps into the groove 9 a. Since the grooves 8 and 9 are offset from each other in the circumferential direction, rotates in this process, the clamping body 5 in the direction of arrow 14 to the contact point on the Output shaft 1. Conversely, the clamping body 5 is rotated counter to the direction of the arrow 14 when the worm spring 6 is moved from the groove 9 via the inclined surface 11 in the groove 8 ( Figure 6).
  • Figure 5 which shows a side view of a section through the groove 8, presses in a stable position, the force of the worm spring 6 in the direction of arrow 16 radially downward toward the output shaft 1, wherein the groove 8 is dimensioned so that the force of the worm spring 6 acts in the figure 5 right outside of the longitudinal axis 15, so that the clamping body 5 is rotated in the direction of the arrow 17 to the right.
  • the freewheel is switched in the forward direction.
  • the freewheel can be switched by the setting moments which change when the worm spring 6 is displaced between the grooves 8 and 9 as a result of the changed lever ratios. It is important in this case that the force applied by the worm spring force is relatively large, so that the friction between the clamping bodies 5 and the output shaft 1 is large. However, since the leverage in the rotation of the clamping body 5 on the output shaft 1 is relatively small, and the force to set up the clamping body 5 for clamping is relatively small, which is extremely advantageous for the efficiency of the freewheel.
  • the mechanism for moving the worm springs 6 will now be explained in more detail in connection with FIGS. 1 to 3.
  • the pin parts 20 end on the outside in a arranged on the outer circumference of the output shaft 1 annular switching sleeve 22 which is arranged axially displaceably on the output shaft 1.
  • the recess 21 is seen in the axial direction is dimensioned wider than that of the pin member 20. In this way, the pin member 20 during displacement of the Umschaltrohres 19 in the direction of the arrow 23 can be moved axially.
  • the axial widths are dimensioned so that the pin member 20 at a axial side of the recess 21 abuts when the worm spring 6 is in the groove 8 or in the groove 9.
  • three free-wheel units 2 are arranged side by side on the output shaft 1, with a shift sleeve 22 being arranged on at least one outer side of the outer freewheel units 2.
  • the radially inner end portions of the pin members 20 terminate in openings 24 of the changeover tube 19.
  • FIG. 7 shows an arrangement corresponding to FIG. 3 with two freewheeling packs, each consisting of three freewheeling units 2 and being switched via a changeover tube 19 which comprises three pin parts 20, two of which are arranged outside the two freewheeling packages for axially fixing the freewheeling packs.
  • a pin member 20 engages a sleeve member 22 which is disposed between the two freewheeling packs. Details of Figure 7, which have already been explained in connection with Figures 1 to 3 are designated in the corresponding manner.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine umschaltbare Freilaufeinrichtung für ein Getriebe, insbesondere für ein Kurbel-CVT eines Kraftfahrzeuges, mit wenigstens einer Freilaufeinheit, die einen antreibbaren Außenring, einen Innenring in der Form einer Abtriebswelle und dazwischen angeordnete, um ihre Längsachse jeweils drehbare Klemmkörper aufweist. Dabei weisen die Klemmkörper jeweils in axialer Richtung voneinander beabstandet eine erste Nut und eine zweite Nut auf, die in der Umfangsrichtung des Klemmkörpers sich überlappend gegeneinander versetzt sind. Eine die Klemmkörper außenseitig umgebende ringförmige Wurmfeder ist durch einen Schaltmechanismus in axialer Richtung derart verschiebbar, dass sie entweder in die erste Nut oder in die zweite Nut eingreift, wobei sich der Klemmkörper um seine Längsachse derart verdreht, dass die von der Wurmfeder ausgeübte Kraft an der einen oder änderen Seite der Längsachse verläuft. Die Klemmkörper sind jeweils zylindrisch ausgebildete Rollelemente, die einen Querschnitt besitzen, der jeweils in der Richtung jeder Nut einen vergleichsweise großen Durchmesser besitzt, sodass dann, wenn sich die Wurmfeder in der ersten oder zweiten Nut befindet, die zweite oder erste Nut zur Entfaltung ihrer Klemmkraft zwischen dem Außenring und der Abriebswelle in der einen oder anderen Richtung ausgerichtet ist.

Description

Umschaltbare Freilaufeinrichtunq für ein Getriebe, insbesondere für ein Kurbel-CVT eines Kraftfahrzeuges
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Freilaufeinrichtung 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 beiden Wellen sind über eine Exzentereinrichtung der Antriebswelle und eine auf der Abtriebswelle angeordnete Freilaufeinrichtung sowie eine die Exzentereinrichtung und die Freilaufeinrichtung verbindende Verbindungseinrichtung 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 (Continous Variable Transmission) wenigstens eine Pleuelstange verdrehbar angeordnet.
Durch die Verdrehung einer in einer Ausnehmung der Antriebswelle angeordneten Verstellwelle wird das Ausmaß der Exzentrizität des Exzenterbauteils 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 die Klemmkörper in einer Relativverdrehrichtung zwischen Innenring und Außenring diese Verdrehung blockieren können, sodass 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. Die einzelnen Klemmkörper sind über wenigstens einen Käfig in der Umfangsrichtung zueinander positioniert. Es ist möglich, die Klemmwirkung der Klemmkörper mit der Hilfe von Umschalteinheiten umschaltbar zu machen. Dabei ist jede Umschalteinrichtung zwischen zwei benachbarten Klemmkörpern angeordnet. Die Umschalteinheiten sind synchron betätigbar und besitzen jeweils einen verdrehbaren scheibenförmigen Bereich sowie einen profilierten Bereich, an dem eine Schenkelfeder angeordnet ist. Diese Schenkelfeder ist verspannbar zwischen dem profilierten Bereich und einem benachbarten Klemmkörper. Hierfür besitzt die Schenkelfeder einen Schenkel, der einen Klemmkörper in die entsprechende Sperrrichtung beaufschlagen kann. Die Schenkelfeder und die profilierten Bereiche sind gegenüber der Rotationsachse des scheibenförmigen Bereiches exzentrisch angeordnet, sodass bei einer Rotation des scheibenförmigen Bereiches eine umfangsmäßige Verlagerung des Federelementes und der profilierten Bereiche stattfindet. Die scheibenförmigen Bereiche sind in einem Trägerteil angeordnet. Bei einer Verdrehung der scheibenförmigen Bereiche um ca. 180 ° ändert sich die Verspan- nungsrichtung bzw. Kraftrichtung der Schenkelfeder bzw. des genannten Schenkels derselben in Bezug auf die Klemmkörper. Es ist erkennbar, dass derartige Umschalteinheiten im Hinblick auf ihren mechanischen Aufbau, ihre Störanfälligkeit bzw. Lebensdauer sowie ihre Herstellung problematisch sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine umschaltbare Freilaufeinrichtung für ein Getriebe zu schaffen, die vergleichsweise aus relativ wenig Teilen einfach aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird durch eine umschaltbare Freilaufeinrichtung für ein Getriebe, insbesondere für ein Kurbel-CVT eines Kraftfahrzeuges, mit wenigstens einer Freilaufeinheit gelöst, die einen antreibbaren Außenring, einen Innenring in der Form einer Abtriebswelle und dazwischen angeordnete, Klemmkörper aufweist.. Dabei weisen die Klemmkörper jeweils in axialer Richtung voneinander beabstandet eine erste Nut und eine zweite Nut auf, die in der Um- fangsrichtung des Klemmkörpers sich überlappend gegeneinander versetzt sind. Eine die Klemmkörper außenseitig umgebende und radial in Richtung auf die Abtriebswelle vorspannende, ringförmige Wurmfeder ist durch einen Schaltmechanismus in axialer Richtung derart verschiebbar, dass sie entweder in die erste Nut oder in die zweite Nut eingreift, wobei sich der Klemmkörper derart verdreht, dass die von der Wurmfeder ausgeübte Aufstellkraft an der einen oder anderen Seite der Längsachse verläuft. Die Klemmkörper sind zur Erzeugung eines Aufstellmomentes in der einen oder anderen Richtung jeweils zylindrisch ausgebildete Rollelemente, die einen Querschnitt besitzen, der jeweils in der Richtung jeder Nut einen vergleichsweise großen Durchmesser besitzt, sodass dann, wenn sich die Wurmfeder in der ersten oder zweiten Nut befindet, die zweite oder erste Nut zur Entfaltung einer Klemmkraft zwi- schen dem Außenring und der Abriebswelle in der einen oder anderen Richtung ausgerichtet ist.
Der Grund der ersten Nut und der zweiten Nut verläuft zweckmäßigerweise jeweils bogenförmig und ist so ausgestaltet, dass die durch die Wurmfeder ausgeübten Aufstellmomente zur Umschaltung des Freilaufes jeweils gleichmäßig über einen kleinen Hebelarm erzeugt werden. Vorzugsweise ist der Grund der ersten und zweiten Nut jeweils etwa kreisförmig ausgestaltet. Die durch die Wurmfeder dagegen ausgeübte Kraft zur Erzeugung einer Reibung zwischen den Klemmkörpern und der Abtriebsachse ist dagegen groß.
Die Klemmkörper weisen bevorzugt mittige, in Richtung der Längsachse axial vorstehende Zapfenteile auf, die jeweils drehbar in eine Ausnehmung eines kreisringförmigen Trägerteiles eingreifen, wobei die sich axial gegenüberliegenden Trägerteile einen die Klemmkörper haltenden Käfig bilden, der konzentrisch zur Abtriebswelle angeordnet ist. Die Ausnehmungen sind in der Umfangsrichtung des Käfigs länglich ausgebildet. Die Wurmfeder besitzt zur Aufbringung einer besonders großen Reibungskraft zwischen den Klemmkörpern und der Antriebswelle bzw. dem Innenring die Form einer dicht gewickelten Spiralfeder. Sie ist konstruktiv besonders einfach in einer sich zu den Klemmkörpern öffnenden ringförmigen Nut am Innenumfang des Außenringes angeordnet, wobei die radiale Abmessung der Nut des Außenringes größer ist als der Durchmesser der Wurmfeder, sodass diese in der Nut radial verlagert werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Schaltmechanismus ein in einer axialen Ausnehmung der Abtriebswelle axial verschiebbar angeordnetes Umschaltteil auf, an dem wenigstens ein radial nach außen durch eine Aussparung der Antriebswelle hindurch geführtes Stiftteil befestigt ist, das außenseitig in einem kreisringförmigen Schaltteil angeordnet ist, das bei einer axialen Verschiebung des Umschaltteiles seitlich auf die Klemmkörper einwirkt, um diese axial zu verschieben. Dabei weist die Aussparung der Abtriebswelle in axialer Richtung eine größere Abmessung auf als das Stiftteil, derart, dass sich die Wurmfeder dann, wenn das Stiftteil an einer Seite der Aussparung anschlägt, in der ersten Nut, und dann, wenn das Stiftteil an der anderen Seite der Aussparung anschlägt, in der zweiten Nut befindet. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Umschaltteil um ein in der axialen Ausnehmung der Abtriebswelle geführtes Umschaltrohr und besitzt das Schaltteil die Form einer ringförmigen, die Abtriebswelle umgebenden Schalthülse. Diese Ausführungsformen sind konstruktiv besonders einfach. Die Schalthülse wirkt bei ihrer axialen Verschiebung über geeignete Lageranordnungen auf die Trägerteile der die Klemmkörper haltenden Käfige ein. - A -
Die vorliegende Erfindung weist zur Realisierung einer bevorzugten Freilaufeinrichtung auf der Abtriebswelle axial nebeneinander mehrere, ein Freilaufpaket bildende Freilaufeinheiten auf, die axial auf der Abtriebswelle durch wenigstens ein Stiftteil verschiebbar sind. Dabei können auf der Abtriebswelle axial nebeneinander auch mehrere Freilaufpakete angeordnet sein. Die vorliegende Freilaufeinrichtung kann Teil eines Kurbel-CVT-Getriebes sein, wobei der Außenring jeder Freilaufeinheit in an sich bekannter Weise drehfest mit einem Pleuelteil verbunden ist.
Im Folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 in einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Freilaufeinrichtung, wobei auf einer Abtriebswelle eines Getriebes axial nebeneinander drei Freilaufeinheiten angeordnet sind und wobei der Freilauf in die eine Richtung geschaltet ist;
Figur 2 die Freilaufeinrichtung der Figur 1 im Moment des Umschaltens des Freilaufes in die andere Richtung;
Figur 3 die in die andere Richtung umgeschaltete Freilaufeinrichtung der Figur 1 ;
Figur 4 in perspektivischer Darstellung einen Klemmkörper der vorliegenden Freilaufeinrichtung;
Figur 5 und 6 Darstellungen zur Erläuterung der Hebelverhältnisse in den beiden Richtungen;
Figur 7 eine Weiterbildung der Erfindung.
Gemäß Figur 1 umfasst die erfindungsgemäße Freilaufeinrichtung im Wesentlichen eine um eine Rotationsachse drehbare Abtriebswelle 1 , auf der axial nebeneinander mehrere Freilaufeinheiten 2 angeordnet sind. Jede Freilaufeinheit 2 umfasst im Wesentlichen einen Außenring 3, auf dem in an sich bekannter Weise ein Pleuelteil 4 angeordnet ist, das mit dem Außenring 3 drehfest in Verbindung steht. Der eigentliche Freilauf jeder Freilaufeinheit 2 wird durch einen entsprechenden Bereich der als Innenring dienenden Abtriebswelle 1 , dem Außenring 3, zwischen dem Außenring 3 und der Abtriebswelle 1 vorzugsweise in einem Käfig angeordnete Klemmkörper 5 und eine Wurmfeder 6 gebildet.
In der ersichtlichen Weise ist die Wurmfeder 6 in einer sich zum Klemmkörper 5 hin öffnenden, radial verlaufenden länglichen Nut 7 des Außenringes 3 enthalten und so bemessen, dass sie aufgrund ihrer Federkraft gegen den Außenumfang des Klemmkörpers 5 gezogen wird, bzw. drückt. Die eigentliche Funktion der Wurmfeder 6 wird später näher erläutert.
Bei der sogenannten Wurmfeder 6 handelt es sich um eine sehr eng gewickelte ringförmige Spiralfeder, die um den gesamten Außenumfang der Klemmkörper 5 einer Freilaufeinheit 2 herum verläuft. Die Wurmfeder 6 erzeugt eine große Kraft zur Erzeugung einer großen Reibung zwischen dem Klemmkörper 5 und der Antriebswelle 1 , die vorzugsweise den Innenring des Freilaufes bildet.
Die Klemmkörper 5 besitzen gemäß Figur 4 die Form von zylindrischen Rollen, die an ihren Umfang zwei gegeneinander axial versetzte Nuten 8, 9 aufweisen. Dabei sind die Nuten 8 und 9 auch in Umfangsrichtung des Klemmkörpers 5 gegeneinander versetzt angeordnet. Die Nuten 8 und 9 besitzen zumindest an den einander zugewandten Seiten schräge Seitenflächen 10, 11 , damit die in ihnen enthaltene Wurmfeder 6 beim Umschalten relativ leicht aus den Nuten 8, 9 heraustreten kann.
Die Klemmkörper 5 besitzen jeweils einen Querschnitt, der in der Richtung jeder Nut 8, 9 einen großen Durchmesser 27, bzw. 28 aufweist, sodass dann, wenn sich die Wurmfeder 6 in der ersten Nut 8 oder in der zweiten Nut 9 befindet, die zweite Nut 9 oder die erste Nut 8 zur Entfaltung ihrer Klemmkraft zwischen dem Außenring 3 und der Antriebswelle 1 in der einen oder anderen Richtung ausgerichtet ist. Die Nuten 8, 9 sind dabei so über den Querschnitt der Klemmkörper 5 verteilt, dass sie sich in der Umfangsrichtung überlappen.
In der durch die Linie 12 angedeuteten Weise verläuft die Wurmfeder 6 im Beispiel der Figur 4 durch die Nut 8. Wenn die Wurmfeder 6 durch einen entsprechenden Umschaltmechanismus, der nachfolgend näher erläutert wird, in der Richtung des Pfeiles 13 axial bewegt wird, gleitet sie über die schräge Fläche 10 aus der Nut 8 heraus und schnappt nachfolgend in die Nut 9 ein. Da die Nuten 8 und 9 in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind, dreht sich bei diesem Vorgang der Klemmkörper 5 in der Richtung des Pfeiles 14 um den Anlagepunkt an der Abtriebswelle 1. Umgekehrt verdreht sich der Klemmkörper 5 entgegen der Richtung des Pfeils 14, wenn die Wurmfeder 6 aus de Nut 9 über die schräge Fläche 11 in die Nut 8 bewegt wird (Figur 6).
Gemäß Figur 5, die eine Seitenansicht eines Schnittes durch die Nut 8 zeigt, drückt in einer stabilen Lage die Kraft der Wurmfeder 6 in der Richtung des Pfeiles 16 radial nach unten in Richtung auf die Abtriebswelle 1 , wobei die Nut 8 so bemessen ist, dass die Kraft der Wurmfeder 6 in der Figur 5 rechts außerhalb der Längsachse 15 wirkt, sodass der Klemmkörper 5 in der Richtung des Pfeiles 17 nach rechts verdreht wird. Der Freilauf ist in die Vorwärtsrichtung geschaltet.
Wenn die Wurmfeder 6 gemäß Figur 6 axial in Richtung auf die Nut 9 verschoben wird, wirkt die Kraft der Wurmfeder 6 wieder in Richtung des Pfeiles 16, wobei jedoch die Nut 9 so beschaffen ist, dass beim Einschnappen der Wurmfeder 6 in die Nut 9, die von der Wurmfeder 6 in Richtung des Pfeiles 16 zur Abtriebswelle 1 ausgeübte Kraft über die Längsachse 15 des Klemmkörpers 5 nach links verlagert ist, sodass sie entlang einer Linie links von der Längsachse 15 wirkt, weshalb der Klemmkörper 5 in der Richtung des Pfeiles 18 nach links gedreht wird. Der Freilauf ist in die Rückwärtsrichtung geschaltet.
Anders ausgedrückt ist der Freilauf durch die sich beim Verschieben der Wurmfeder 6 zwischen den Nuten 8 und 9 ändernden Aufstellmomente in Folge der veränderten Hebelverhältnisse umschaltbar. Von Bedeutung ist es dabei, dass die von der Wurmfeder aufgebrachte Kraft relativ groß ist, sodass auch die Reibung zwischen den Klemmkörpern 5 und der Abtriebswelle 1 groß ist. Da aber die Hebelwirkung bei der Verdrehung der Klemmkörper 5 an der Abtriebswelle 1 relativ klein ist, ist auch die Kraft zum Aufstellen der Klemmkörper 5 zum Klemmen relativ klein, was für den Wirkungsgrad des Freilaufes äußerst vorteilhaft ist.
Im Folgenden wird nun im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3 der Mechanismus zum Verschieben der Wurmfedern 6 näher erläutert. In der Abtriebswelle 1 befindet sich ein Umschaltrohr 19, von dem aus Stiftteile 20 radial nach außen durch eine Ausnehmung 21 der Abtriebswelle 1 hindurchragen. Vorzugsweise enden die Stiftteile 20 außenseitig in einer auf dem Außenumfang der Abtriebswelle 1 angeordneten kreisringförmigen Schalthülse 22, die auf der Abtriebswelle 1 axial verschieblich angeordnet ist. Die Aussparung 21 ist in axialer Richtung gesehen breiter bemessen als diejenige des Stiftteiles 20. Auf diese Weise kann das Stiftteil 20 beim Verschieben des Umschaltrohres 19 in der Richtung des Pfeiles 23 axial verschoben werden. Dabei sind die axialen Breiten so bemessen, dass das Stiftteil 20 an einer axialen Seite der Aussparung 21 anschlägt, wenn sich die Wurmfeder 6 in der Nut 8 oder in der Nut 9 befindet.
Beispielsweise sind gemäß Figur 1 drei Freilaufeinheiten 2 nebeneinander auf der Abtriebswelle 1 angeordnet, -wobei an wenigstens einer Außenseite der äußeren Freilaufeinheiten 2 eine Schalthülse 22 angeordnet ist.
Vorzugsweise enden die radial inneren Endbereiche der Stiftteile 20 in Öffnungen 24 des Umschaltrohres 19.
Zur Umschaltung des aus den drei Freilaufeinheiten 2 der Figur 1 bestehenden Freilaufpaketes aus der in der Figur 1 dargestellten Position, in der die Wurmfeder 6 in die Nut 8 des Klemmkörpers 5 eingreift, wird gemäß Figur 2 das Umschaltrohr 19 in der Richtung des Pfeiles 23 nach links bewegt. Dabei wird die Wurmfeder 6 jeweils aus der ihr zugeordneten Nut 8 herausgehoben, wobei sie sich in der Nut 7 radial nach außen bewegt, um anschließend gemäß Figur 3 in die Nut 9 des Klemmkörpers 5 einzugreifen. Dabei bewegt sich die Wurmfeder 6 in der ersichtlichen Weise in der Nut 7 radial nach innen.
Die Figur 7 zeigt eine der Figur 3 entsprechende Anordnung mit zwei Freilaufpaketen, die jeweils aus drei Freilaufeinheiten 2 bestehen und über ein Umschaltrohr 19 geschaltet werden, das drei Stiftteile 20 umfasst, von denen zwei außerhalb der beiden Freilaufpakete zur axialen Festlegung der Freilaufpakete angeordnet sind. Ein Stiftteil 20 greift in ein Hülsenteil 22 ein, das zwischen den beiden Freilaufpaketen angeordnet ist. Einzelheiten der Figur 7, die bereits im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3 erläutert wurden sind in der entsprechenden Weise bezeichnet.
Bezugszeichenliste
Abtriebswelle
Freilaufeinheit
Außenring
Pleuelteil
Klemmkörper
Wurmfeder
Nut
Nut
Nut
Seitenfläche
Seitenfläche
Linie
Pfeil
Pfeil
Längsachse
Pfeil
Pfeil
Pfeil
Umschaltrohr
Stiftteil
Aussparung
Schalthülse
Pfeil
Öffnung
Ausnehmung
Zapfenteil
Durchmesser
Durchmesser

Claims

Patentansprüche
1. Umschaltbare Freilaufeinrichtung für ein Getriebe, insbesondere für ein Kurbel-CVT eines Kraftfahrzeuges, mit wenigstens einer Freilaufeinheit (2), die einen antreibbaren Außenring (3), einen Innenring in der Form einer Abtriebswelle (1) und dazwischen angeordnete, um ihre Längsachse (15) drehbare Klemmkörper (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkörper jeweils in axialer Richtung voneinander beabstandet eine erste Nut (8) und eine zweite Nut (9) aufweisen, die in der Umfangsrich- tung des Klemmkörpers (5) sich überlappend gegeneinander versetzt sind, dass eine die Klemmkörper (5) außenseitig umgebende und radial in Richtung auf die Abtriebswelle (1) vorspannende, ringförmige Wurmfeder (6) vorgesehen ist, die durch einen Schaltmechanismus in axialer Richtung derart verschiebbar ist, dass sie entweder in die erste Nut (8) oder in die zweite Nut (9) eingreift, wobei sich der Klemmkörper (5) derart verdreht, dass die von der Wurmfeder (6) ausgeübte Kraft an der einen oder anderen Seite der Längsachse (15) verläuft, und dass die Klemmkörper (5) zur Erzeugung eines Aufstellmomentes in der einen oder anderen Richtung jeweils zylindrisch ausgebildete Rollelemente sind, die einen Querschnitt besitzen, der jeweils in der Richtung jeder Nut (8, 9) einen vergleichsweise großen Durchmesser (27, 28) besitzt, sodass dann, wenn sich die Wurmfeder (6) in der ersten oder zweiten Nut befindet, die zweite oder erste Nut zur Entfaltung einer Klemmkraft zwischen dem Außenring (3) und der Abriebswelle (1 ) in der einen oder anderen Richtung ausgerichtet ist.
2. Freilaufeinrichtung nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Grund der ersten Nut (8) und der zweiten Nut (9) jeweils bogenförmig verläuft und so ausgestaltet sind, dass die durch die Wurmfeder (6) ausgeübte Kraft jeweils gleichmäßig über einen kleinen Hebelarm erzeugt wird.
3. Freilaufeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grund der ersten und zweiten Nut (8, 9) jeweils etwa kreisförmig verläuft.
4. Freilaufeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkörper (5) mittige in Richtung der Längsachse (15) axial vorstehende Zapfenteile (24) aufweisen, die jeweils drehbar in eine Ausnehmung (25) eines kreisringförmigen Trägerteiles (26) eingreifen, wobei die sich axial gegenüberliegenden Trägerteile (26) einen konzentrisch zur Abtriebswelle (1 ) angeordneten, die Klemmkörper (5) haltenden Käfig bilden und wobei die Ausnehmungen (25) jeweils in der Umfangsrich- tung. Der Trägerteile länglich ausgebildet sind.
5. Freilaufeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wurmfeder (6) die Form einer dicht gewickelten Spiralfeder aufweist.
6. Freilaufeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wurmfeder (6) in einer sich zu den Klemmkörpern (5) öffnenden ringförmigen Nut (7) am Innenumfang des Außenringes (3) angeordnet ist, wobei die radiale Abmessung der Nut (7) des Außenringes (3) größer ist als der Durchmesser der Wurmfeder (6).
7. Freilaufeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltmechanismus ein in einer axialen Ausnehmung der Abtriebswelle (1) axial verschiebbar angeordnetes Umschaltteil aufweist, an dem wenigstens ein radial nach außen durch eine Aussparung (21 ) der Antriebswelle (1 ) hindurch geführtes Stiftteil
(20) befestigt ist, dass das Stiftteil (20) außenseitig in einem kreisringförmigen Schaltteil angeordnet ist, das bei einer axialen Verschiebung des Umschaltteiles seitlich auf die Klemmkörper (5) einwirkt, um diese axial zu verschieben, wobei die Aussparung
(21 ) der Abtriebswelle (1 ) in axialer Richtung eine größere Abmessung aufweist als das Stiftteil (20), derart, dass sich die Wurmfeder (6) dann, wenn das Stiftteil (20) an einer Seite der Aussparung (21 ) anschlägt, in der ersten Nut (8) und dann, wenn das Stiftteil (20) an der anderen Seite der Aussparung (21 ) anschlägt, in der zweiten Nut (9) befindet.
8. Freilaufeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltteil die Form eines in der axialen Ausnehmung der Abtriebswelle (1) geführten Umschaltrohres (19) besitzt.
9. Freilaufeinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltteil die Form einer ringförmigen, die Abtriebswelle (1) umgebenden Schalthülse
(22) besitzt.
10. Freilaufeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalthülse (22) bei ihrer axialen Verschiebung auf die Trägerteile (30) der die Klemmkörper (5) haltenden Käfige einwirkt.
11. Freilaufeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Abtriebswelle (1 ) axial nebeneinander mehrere, ein Freilaufpaket bildende Freilaufeinheiten (2) angeordnet sind, die axial zwischen zwei Stiftteilen (20) festgelegt sind.
12. Freilaufeinrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass auf der Abtriebswelle (1 ) axial nebeneinander mehrere Freilaufpakete angeordnet sind.
13. Freilaufeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie Teil eines Kurbel-CVT-Getriebes ist, wobei der Außenring (3) jeder Freilaufeinheit (2) drehfest mit einem Pleuelteil (4) verbunden ist.
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