DE102009030980A1

DE102009030980A1 - Klemmkörper für einen umschaltbaren Klemmkörperfreilauf, umschaltbarer Klemmkörperfreilauf und Kurbel-CVT-Getriebe

Info

Publication number: DE102009030980A1
Application number: DE102009030980A
Authority: DE
Inventors: Lászlo Dr. Mán
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-07-21
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2010-01-28
Also published as: DE112009001522A5; WO2010009691A1; JP2011528773A; JP5559167B2

Abstract

Ein Klemmkörper für einen umschaltbaren Klemmkörperfreilauf enthält einen im Wesentlichen zylindrischen Körper mit einer Mantelfläche, die zwei Paare von einander radial gegenüberliegenden Klemmflächen aufweist, wobei jedes Paar von Klemmflächen eine erste Klemmfläche zur Anlage an einem Innenring des Klemmkörperfreilaufs und eine zweite Klemmfläche zur Anlage an einem Außenring des Klemmkörperfreilaufs aufweist. In einem Schnitt senkrecht zur Axialrichtung des Klemmkörpers ist die Kontur des ersten Paars von Klemmflächen zur Kontur des zweiten Paars von Klemmflächen achsensymmetrisch bezüglich einer Achse, die in radialer Richtung des Klemmkörpers durch einen Übergangsbereich zwischen den ersten Klemmflächen und einen Übergangsbereich zwischen den zweiten Klemmflächen verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft einen Klemmkörper für einen umschaltbaren Klemmkörperfreilauf, einen umschaltbaren Klemmkörperfreilauf, der diesen Klemmkörper verwendet, und ein Kurbel-CVT-Getriebe mit einem solchen Klemmkörperfreilauf.
Ein Kurbel-CVT-Getriebe ist beispielsweise aus der EP 1 650 071 A2 bekannt. Auf einer von einem Motor antreibbaren Eingangswelle, die im Bezug auf das Getriebe eine antreibende Welle bildet, ist eine verstellbare Exzenterantriebsanordnung mit Exzenterbauteilen vorgesehen, die über pleuelähnliche Verbindungselemente mit einer getriebenen Welle verbunden ist, welche im Bezug auf das Getriebe einer Ausgangs- oder Abtriebswelle bildet. Durch die Übertragung des Hubs der Verbindungselemente mittels Freilaufeinrichtungen auf die getriebene Welle und damit die Abtriebsseite des Getriebes wird die getriebene Welle angetrieben. Die Freilaufeinrichtungen sind zwischen den pleuelartigen Verbindungselementen und der getriebenen Welle vorgesehen. Als Freilaufeinrichtungen können Rollen- bzw. Klemmkörperfreiläufe zum Einsatz kommen.
Die antreibende Kurbelwelle und die Abtriebswelle bzw. getriebene Welle des Kurbel-CVT-Getriebes sind zueinander parallel ausgerichtet und in einem Getriebegehäuse jeweils drehbar gelagert. Von einem Verbrennungsmotor wird Drehmoment in die Kurbelwelle eingeleitet und durch das Kurbel-CVT-Getriebe an die Abtriebswelle übertragen. Je nach Position der Exzenterbauteile bezüglich der Drehachse der Antriebswelle wird die Exzentrizität der Exzenterbauteile und damit deren Drehachse gegenüber der Antriebswelle verändert, wodurch der von den pleuelartigen Verbindungselementen auf die Abtriebswelle übertragene Hub und damit die Übersetzung des Getriebes eingestellt werden kann. An der Abtriebswelle kann das Drehmoment beispielsweise zum Antreiben von Rädern eines Fahrzeugs abgegriffen werden.
In der Regel sind in dem Kurbel-CVT-Getriebe in Axialrichtung der Kurbelwelle hintereinander mehrere Exzentereinheiten angeordnet, an denen jeweils pleuelartige Verbindungselemente angebracht sind und die mit einer entsprechenden Anzahl von Freilaufeinheiten auf der Abtriebsseite des Getriebes in Verbindung stehen, die auf der Abtriebswelle ebenfalls in deren Axialrichtung hintereinander angeordnet sind.
Für die Freilaufeinheiten ist es bekannt, schaltbare oder nicht schaltbare Freiläufe vorzusehen. Werden nicht umschaltbare Freiläufe verwendet, so wird in einer Relativrotationsrichtung eines Außenrings einer Freilaufeinheit und der Abtriebswelle, bzw. eines mit der Abtriebswelle fest verbundenen Innenrings oder Innensterns, eine Sperrwirkung erzielt und in der anderen Relativrotationsrichtung zwischen dem Außenring und dem Innenstern keine Sperrwirkung erzielt. Bei umschaltbaren Freiläufen kann durch Einstellen eines Umschaltmechanismus die Blockierrichtung gewählt werden, so dass die beiden Bauteile, nämlich der Innenstern und der Außenring, in einer wählbaren Relativdrehrichtung blockieren und somit in diese Relativdrehrichtung nur gemeinsam verdreht werden. In der jeweils anderen Relativdrehrichtung können sich der Innenstern und der Außenring relativ zueinander verdrehen. Bei solchen umschaltbaren Freiläufen kann somit die Drehrichtung der Abtriebswelle verändert werden, so dass mittels der Umschaltung der umschaltbaren Freiläufe z. B. Vorwärts- und Rückwärtsgänge realisiert werden können.
Eine solche umschaltbare Freilaufeinrichtung weist in der Regel einen Außenring mit kreiszylindrischer Innenfläche auf, der konzentrisch um ein polygonartiges Profil der Abtriebswelle vorgesehen ist, das auch als Innenstern bezeichnet wird. Das polygonartige Profil ist integral mit der Abtriebswelle ausgebildet oder drehfest damit verbunden. Auch ist es möglich, dass die Freilaufeinheiten einen Teilbereich der Abtriebswelle in axialer Richtung bilden.
Zwischen dem polygonartigen Profil und dem Außenring sind Roll- bzw. Klemmkörper vorgesehen, die im Wesentlichen kreiszylindrisch sind. Die Roll- bzw. Klemmkörper können bezüglich des Innenrings, der das polygonartige Profil aufweist, und dem Außenring zumindest zwei Positionen in Umfangsrichtung einnehmen, nämlich eine erste Position, in der sie eine Verdrehung des Innenrings und des Außenrings zueinander blockieren, indem sie zwischen dem Außenring und dem Innenring klemmen, und eine zweite Position, in der der Innenring und der Außenring relativ zueinander frei verdreht werden können (Freilauf). Die Klemmposition wird durch den sich zwischen Innenring und Außenring verändernden Abstand definiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Klemmkörper vorzusehen, mit dem ein einfach ausgebildeter und strukturierter umschaltbarer Klemmkörperfreilauf geschaffen werden kann, einen solchen umschaltbaren Klemmkörperfreilauf anzugeben sowie ein Kurbel-CVT-Getriebe mit einem einfach strukturierten Klemmkörperfreilauf vorzusehen.
Diese Aufgabe wird durch einen Klemmkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen umschaltbaren Klemmkörperfreilauf mit den Merkmalen des Anspruchs 5 und ein Kurbel-CVT-Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, einen Klemmkörper zu schaffen, der durch Verkippen des Klemmkörpers um eine Schwenkachse senkrecht zu seiner Axialrichtung zwischen einer Klemmposition in einer ersten Umfangsrichtung und einer Klemmposition in einer zweiten Umfangsrichtung umgeschaltet werden kann, d. h. einer Klemmposition, in der ein Innenring und ein Außenring einer Freilaufeinheit in einer ersten Richtung bzw. einer zweiten Umfangsrichtung nur gemeinsam verdreht werden können. Dazu ist jeder Klemmkörper im Wesentlichen zylindrisch geformt mit einer Mantelfläche, die nicht einem kreisrunden Querschnitt entspricht, sondern vielmehr geformt ist. Insbesondere weist die Mantelfläche zwei Paare von Klemmflächen auf, so dass in der ersten Klemmposition, die durch den Klemmkörper eingenommen werden kann, ein erstes Paar der Klemmflächen zwischen Innenring und Außenring klemmt, und in der zweiten Position ein zweites Paar der Klemmflächen zwischen Innenring und Außenring klemmt. Somit weist jedes Paar eine Klemmfläche zum Außenring und eine Klemmfläche zum Innenring auf. Betrachtet man nur die Klemmflächen eines Paars, so sind diese asymmetrisch zueinander. Bezüglich der Anordnung der Klemmflächen entlang des Umfangs des Klemmkörpers ist festzuhalten, dass die erste und die zweite Klemmfläche eines Paares bezüglich ihrer Kontur achsensymmetrisch in einem Schnitt in einer Richtung senkrecht zur Axialrichtung des Klemmkörpers zu den Klemmflächen des ersten bzw. zweiten Paars sind. Damit kann durch Verkippen des Klemmkörpers durch die Klemmflächen des zweiten Paars in entsprechender Weise die Klemmwirkung zwischen Innenring und Außenring erzielt werden, jedoch in entgegengesetzter Klemmrichtung. Eine exakte Übereinstimmung der Klemmflächen des ersten und des zweiten Paars ist nicht unbedingt erforderlich. Vielmehr reicht es aus, wenn die Klemmbereiche eine entsprechende oder im Wesentlichen ähnliche Kontur haben, um die Klemmwirkung zwischen Innenring und Außenring in sowohl der ersten Klemmrichtung als auch der zweiten Klemmrichtung nach dem Verschwenken des Klemmkörpers sicherstellen zu können.
Insbesondere liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, einen derart konturierten Klemmkörper zu verwenden, dass sowohl der Innenring als auch der Außenring keine spezielle polygonartige oder anderweitige Kontur haben müssen, die zu einer Abstandsänderung zwischen Innen- und Außenring führt, sondern vielmehr die Klemmwirkung allein durch die Form des Klemmkörpers hervorgerufen werden kann. Daher ist der Klemmkörper vorzugsweise nicht mit kreisrundem Querschnitt versehen sondern vielmehr so, dass die Kontur eines Paars von Klemmflächen zu der Kontur des anderen Paars von Klemmflächen bei einem Schnitt in einer Richtung senkrecht zur Axialrichtung des Klemmkörpers genau zu einer Achse symmetrisch ist. Dies bedeutet, dass entlang des Umfangs des Klemmkörpers definierte Klemmflächenpaare mit jeweils definierten Klemmflächen geschaffen werden.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform hat der Klemmkörper entlang seiner Axialrichtung einen oder mehrere geschlitzte Bereiche, insbesondere Ausnehmungen bzw. Nuten, die sich in Umfangsrichtung des Klemmkörpers erstrecken. Durch diese geschlitzten Bereiche kann ein Führungsmittel, das auf dem Innenring oder dem Außenring vorgesehen sein kann, den Klemmkörper führen. Außerdem kann durch den durch das Ende eines jeweiligen schlitzten Bereichs gebildeten Anschlag, gegen den ein solches Führungsmittel am Innen- bzw. Außenring stoßen kann, ein Verkippen des Klemmkörpers in die andere Klemmposition vermieden werden, und damit ein Sperren des Freilaufs in der entgegengesetzten Richtung. Die Schlitze bzw. Nuten können einzeln oder paarweise für eine jeweilige Klemmrichtung vorgesehen sein. Vorzugsweise ist zumindest für jede Klemmrichtung eine solche Führungsnut bzw. Führungsschlitz vorhanden.
Der Führungsschlitz kann auch an einem Endbereich in Axialrichtung des Klemmkörpers als gestufter oder ausgeschnittener Bereich an der Stirnfläche vorliegen. Beispielsweise ist es auch möglich, für eine erste Richtung zwei Klemmbereiche, die in Axialrichtung voneinander beabstandet sind und beispielsweise am ersten bzw. am zweiten Ende in Axialrichtung des Klemmkörpers vorgesehen sind, vorzusehen und für die zweite Klemmrichtung eine in einem mittleren Bereich in Axialrichtung des Klemmkörpers vorgesehene Nut. Die geschlitzten Bereiche sind für die erste und zweite Klemmrichtung bezüglich ihrer Position in Umfangsrichtung am Klemmkörper versetzt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform hat der umschaltbare Klemmkörperfreilauf mit einem solchen Klemmkörper weiter einen Käfig für die Klemmkörper, der ein Käfiggehäuseteil und einen Federring aufweist. Der Federring kann radial innen in das Käfiggehäuseteil eingesetzt sein. Dazu ist nach einer bevorzugten Ausführungsform das Käfiggehäuseteil flexibel gestaltet und weist vorzugsweise einen unterbrochenen Bereich auf, an dem das ringförmige Käfiggehäuseteil auseinandergebogen und geöffnet werden kann. Das Käfiggehäuseteil ist beispielsweise als Kunststoffspritzgussteil geformt. Der Federring ist beispielsweise aus Fe derstahl gebildet und ist als durchgehender Ring gestaltet, der derart mit dem Käfiggehäuseteil verbunden werden kann, dass er radial innen bezüglich des Käfiggehäuseteils liegt.
Das Käfiggehäuseteil weist nach einer bevorzugten Ausführungsform entlang seines Innenumfangs vorzugsweise gleichmäßig beabstandete Stegbereiche auf, die derart angeordnet sind, dass benachbarte Stegbereiche jeweils einen zylinderartigen Aufnahmeraum für einen Klemmkörper definieren. Dadurch und da der Klemmkörper im Wesentlichen zylindrisch ist, kann er durch den Käfig mit zylindrischen Bereichen gut geführt werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der Federring seitliche sich radial nach außen erstreckende Wandbereiche, die bei in das Käfiggehäuseteil eingesetztem Federring mit der Außenumfangswand des Käfiggehäuseteils fluchten. In den seitlichen Wandbereichen sind Fenster vorgesehen, in die seitliche Vorsprungsbereiche des Käfiggehäuseteils eingesetzt sind. Die Fenster definieren somit einen erlaubten Relativrotationsbereich zwischen Käfiggehäuseteil und Federring, so dass in Abhängigkeit von der Fensterlänge in Umfangsrichtung des Klemmkörperfreilaufs und in Abhängigkeit von dem in ein jeweiliges Fenster eingesetzten Vorsprungsbereich des Käfiggehäuseteils sich der Federring und das Käfiggehäuseteil relativ zueinander verschieben können. Vorzugsweise wird somit das Käfiggehäuseteil nur in Umfangsrichtung geführt und ist reibungsfrei bezüglich des Federrings verdrehbar, um einen reibungsfreien Spannvorgang des Klemmkörperfreilaufs zu ermöglichen. Bei einem definierten Verschiebe- bzw. Verdrehwinkel zwischen Federring und Käfiggehäuseteil gelangen die beiden aneinander mittels der Vorsprungsbereiche und der Fensterränder in Anschlag und eine weitergehende Relativbewegung kann vermieden werden.
Vorzugsweise sind im Bereich der Stege des Käfiggehäuseteils entsprechende nach innen vorstehende Reibbereiche des Federrings vorgesehen, so dass eine Reibkraft zwischen beiden entstehen kann, die eine Dämpfungsfunktion hat.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind ferner am Käfig Federelemente, vorzugsweise Schenkelfedern, zum Drehen der Klemmkörper in die Klemmposition angebracht. Damit können durch einen jeweiligen entsprechenden Schenkel der Schenkelfedern die Klemmkörper in eine erste bzw. zweite Klemmrichtung vorbelastet werden.
Bei dem Rollenfreilauf haben vorzugsweise sowohl der Außenring als auch der Innenring kreiszylindrische Flächen, die in Berührung mit den Klemmkörpern sind.
Vorteilhafterweise ist eine Verstelleinrichtung zum Verdrehen der Klemmkörper vorgesehen, mit der die Klemmkörper so verkippt werden können, vorzugsweise um eine Achse, die im Wesentlichen parallel oder zusammenfallend mit einer Axialrichtung der Klemmkörper ist, dass zwischen einer Klemmposition, bei der mittels des ersten Paars von Klemmflächen geklemmt wird, und einer zweiten Klemmposition, bei der mittels des zweiten Paars von Klemmflächen geklemmt wird, umgeschaltet werden kann.
Dazu weist die Verstelleinrichtung beispielsweise Schlingfederringe auf, die im Wesentlichen in Umfangsrichtung am Innenring vorgesehen sind und zwar in Positionen, die den Schlitzen bzw. Nuten der Klemmkörper entsprechen. Die Schlingfederringe sind derart vorgesehen, dass sie zwischen einer bezüglich der Außenumfangsfläche des Innenrings erhabenen Position und einer mit diesem Außenumfang fluchtenden Position in Abhängigkeit von der gewünschten Klemmrichtung bewegt werden können. Ist für jede der Klemmrichtungen zumindest ein Nut bzw. ein geschlitzter Bereich am Klemmkörper vorgesehen, so ist entsprechend auch für jede der Richtungen mindestens ein Schlingfederring vorgesehen. Die Schlingfederringe für unterschiedliche Klemmrichtungen können aufeinander abgestimmt bewegt werden, dass ihre Positionen zueinander entgegengesetzt abhängig von der gewünschten Klemmrichtung sind. Zum Absenken der Schlingfederringe in den Innenring kann dieser mit Nuten entlang seines Umfangs versehen sein, in denen die Schlingfederringe zum Liegen kommen können
Als Möglichkeit zum Verändern der Position der Schlingfederringe können nach einer bevorzugten Ausführungsform im Innenring Verstellspindeln vorgesehen sein, die Bereiche größeren und kleineren Durchmessers entlang ihrer Axialrichtung aufweisen und entlang dieser Bereiche mit den Schlingfederringen von innen in Anlage kommen können. Bei einem Verschieben der Verstellspindeln in axialer Richtung, beispielsweise durch Verdrehen der Verstellspindeln mittels eines Gewindemechanismus gegenüber dem Innenring, kann somit die axiale Kontaktposition der Verstellspindeln zu einem jeweiligen Schlingfederring verändert werden, und damit der Schlingfederring, wenn er in Kontakt mit einem Bereich größeren Durchmessers der Verstellspindeln ist, in die erhabene Position gebracht werden, bzw. ihm ermöglicht werden, in den Innenring, d. h. eine dafür vorgesehenen Nut, einzudringen und zumindest mit diesem fluchtend zu sein. Wenn sie bezüglich des Innenrings erhaben sind, also wenn die Schlingfederringe auf dem Bereich mit größerem Durchmesser der Verstellspindeln aufliegen, so dienen sie als Kippanschlag für die Klemmkörper. Die Schlingfederringe sind vorzugsweise nach innen derart vorgespannt, dass sie unter maximaler Drehzahl nicht aufgehen und sich somit unerwünscht aus der abgesenkten Position in eine erhabene Position bewegen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind spiralförmige Übergangsbereiche zwischen den Bereichen kleinen Durchmessers und großen Durchmessers an den Verstellspindeln vorgesehen, die dieselbe Steigung haben wie das Gewinde an der Verstellspindel, so dass ein gleichmäßiger Übergang zwischen den verschiedenen Positionen, nämlich der erhabenen Position und der abgesenkten Position der Schlingfedern, vorgesehen werden kann.
Vorzugsweise sind entlang des Umfangs des Innenrings mehrere Verstellspindeln vorgesehen, die durch einen gemeinsamen Gewindemechanismus gleichmäßig verdreht werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Bereiche großen und kleinen Durchmessers der Verstellspindeln derart vorgesehen, dass drei Positionen für die Schlingfederringe, die am Innenring vorgesehen sind, erreicht werden können, nämlich eine Vorwärtsposition, bei der nur diejenigen Schlingfederringe bezüglich des Innenrings erhaben sind, die die Klemmkörper in einer Vorwärtsposition halten, eine zweite Position, in der nur die anderen Schlingfederringe in der erhabenen Position gehalten werden, und eine dritte Position, in der alle Schlingfederringe in der abgesenkten Position sind, die als Montage- und Abschleppposition dienen kann.
Alternativ ist es grundsätzlich auch denkbar, einen Mechanismus, der ein Umkippen der Klemmkörper verhindert, am Außenring vorzusehen und entsprechende Verstelleinrichtungen, die die Klemmkörper von der ersten Klemmposition in die zweite Klemmposition überführen, am Außenring vorzusehen.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, in denen:
1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Klemmkörpers in einem Spalt zwischen einem Innenring und einem Außenring eines Kiemmkörperfreilaufs in einer ersten Klemmposition und einer zweiten Klemmposition von vorne zeigt;
2 in perspektivischer Ansicht ein Käfiggehäuseteil zeigt;
3 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem in 2 gezeigten Käfiggehäuseteil zeigt;
4 einen Federring für einen Klemmkörperfreilauf in perspektivischer Ansicht zeigt;
5 das Käfiggehäuseteil mit Federring in perspektivischer Ansicht zeigt;
6 eine Baugruppe aus Federring, Klemmkörpern und Schenkelfedern in perspektivischer Ansicht zeigt;
7 eine Baugruppe entsprechend 6 in perspektivischer Ansicht mit angebrachtem Käfiggehäuseteil zeigt;
8 einen Schnitt in einer Richtung senkrecht zur Axialrichtung des Klemmkörperfreilaufs in einer ersten Klemmposition zeigt;
9 eine Ansicht entsprechend 8 in einer zweiten Klemmposition ist;
10 eine perspektivische, schematische Ansicht eines Klemmkörpers auf dem Innenring mit Schlingfederringen ist;
11 eine perspektivische Ansicht ähnlich 10 ist, wobei der Klemmkörper in entgegengesetzter Klemmrichtung zu 10 gehalten wird;
12 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Baugruppe aus Verstellspindeln und Schlingfedern ist;
13 eine Ansicht eines Teilbereichs des Innenrings mit einer eingeführten Verstellspindel in geschnittener Ansicht ist;
14 eine perspektivische Ansicht eines Innenrings mit Schlitzen für die Schlingfedern und Bohrungen für die Stützspindeln ist;
15 eine perspektivische Ansicht einer Baugruppe aus Innenring, Schlingfedern und Verstellspindeln sowie einem Verstellzahnrad ist;
16 in perspektivischer Ansicht eine Verstellspindel zeigt; und
17A, B, C Schnittansichten entlang der Axialrichtung durch den Innenring mit eingeführten Verstellspindeln in unterschiedlichen Verstellspindelpositionen sind.
1 zeigt in schematischer Ansicht einen Klemmkörper 10, der in einem Klemmspalt 20 zwischen einem Innenring 22 und einem Außenring 24 liegt. Der Klemmkörper 10 ist in 1 links in einer ersten Klemmposition und in 1 rechts in einer zweiten Klemmposition gezeigt, wobei selbstverständlich bei einem Klemmkörperfreilauf zu einem bestimmten Zeitpunkt sich stets alle Klemmkörper in der gleichen Klemmposition befinden und diese Ansicht nur zu Erklärungszwecken dient.
Der Klemmkörper 10 ist als im Wesentlichen zylindrischer Körper gestaltet, wobei die Achse des Zylinders senkrecht zur Zeichenebene in 1 ist. Er weist entlang des Umfangs seine Mantelfläche 11 ein erstes Paar von Klemmflächen 12, 13 und ein zweites Paar von Klemmflächen 14, 15 auf, wobei jeweils eine der Klemmflächen 12, 14 eines Paars geeignet ist, mit dem Außenring 24 in Klemmanlage zu gelangen und die andere der Klemmfläche 13, 15 des Paars geeignet ist, mit dem Innenring 22 in Klemmanlage zu gelangen. Zum Klemmen des Klemmkörpers im Spalt 20 zwischen dem Innenring 22 und dem Außenring 24 sind jeweils beide Klemmflächen 12, 13 bzw. 14, 15 eines Paars gleichzeitig in Klemmanlage.
Alle Klemmflächen erstrecken sich im Wesentlichen über die gesamte axiale Länge des zylindrischen Klemmkörpers 10, wobei jedoch, wie 1, 10 und 11 entnehmbar ist, ausgeschnittene oder geschlitzte Bereiche als Ausschnitte 16, 17 oder Nuten 18 (siehe 10) an definierten Positionen in Axialrichtung des Klemmkörpers 10 vorgesehen sein können.
Die Klemmflächen 12, 13, 14, 15 sind in Umfangsrichtung um den Klemmkörper 10 jeweils so angeordnet, dass die beiden Klemmflächen 12, 14 für den Klemmkontakt mit dem Außenring und die beiden Klemmflächen 13, 15 für den Klemmkontakt mit dem Innenring zueinander benachbart sind und zwischen jeweils den Klemmflächen 13, 15 zum Innenring 22 und den Klemmflächen 12, 14 zum Außenring 24 in radialer Richtung des Klemmkörpers 10 eine Symmetrieachse S verläuft, welche eine Symmetrieachse S für die Kontur der Klemmflächen 12, 13, 14, 15 ist, so dass die Klemmflächen 12, 13 eines Paars achsensymmetrisch zu den Klemmflächen 14, 15 des anderen Paars bezüglich der Symmetrieachse S sind.
Um den Klemmkörper 10 aus der ersten Klemmposition (gezeigt links in 1) in die zweite Klemmposition (gezeigt rechts in 1) zu überführen, muss somit der Klemmkörper 10 so verschwenkt werden, dass die Symmetrieachse S um einen Winkel verschwenkt wird, der das Zweifache eines zwischen der Symmetrieachse S in einer ersten Klemmposition und einer Senkrechten auf den Innenring definierten Winkels ist.
2 bis 7 zeigen einen Käfig 30 (6) für einen Klemmkörperfreilauf sowie dessen Bauteile und Baugruppen jeweils in perspektivischer Ansicht sowie eine fertige Freilaufanordnung 50, bei der die Klemmkörper 10 in den Käfig 30 eingesetzt sind (7). 8 und 9 zeigen die fertige Freilaufanordnung 50 jeweils in Querschnittsansicht in einem Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung.
Der in 6 dargestellte Käfig 30 ist aus einem Käfiggehäuseteil 32 (siehe 2 und 3) und einem Federring 40 (siehe 4) und Schenkelfedern 31 gebildet. Das Käfiggehäuseteil 32 ist als flexibler Kunststoffring, beispielsweise durch Spritzguss, geformt. Der Kunststoffring ist an einer Position in Umfangsrichtung unterbrochen (siehe Referenzzeichen 33 in 3), so dass er zur Montage des Federrings 40 in ihm aufgebogen werden kann und durch Aufschnappen des Käfiggehäuseteils 32 der Federringe 40 eingesetzt werden kann. Das Käfiggehäuseteil 32 weist ferner gleichmäßig in Umfangsrichtung beabstandet an seiner Innenfläche Stegelemente 34 auf, die sich im Wesentlichen über die gesamte axiale Länge des Kunststoffgehäuseteils 32 erstrecken. Zwischen den Stegelementen 34 sind zylinderförmige Aufnahmebereiche 35 geformt, in die jeweils ein Klemmkörper 10 eingebracht werden kann. Die zylinderförmigen Ausnehmungen bzw. Aufnahmebereiche 35 sind zur Außenseite des Kunststoffgehäuseteils 32 durch Ausnehmungen 36 offen, so dass die Klemmkörper 10 durch die Ausnehmungen 36 hindurch in Anlage mit dem Außenring 24 gelangen können. Zum Innenring 22 ist keine Wand vorgesehen. Die durch die Stegelemente 34 geformten zylindrischen Aufnahmebereiche 35 dienen dazu, die Klemmkörper 10 gut zu führen.
Außerdem sind an beiden Stirnseiten (Enden in axialer Richtung) des Kunststoffgehäuseteils 32, insbesondere an dessen Stegelementen 34, Vorsprünge 37 angebracht, die in Eingriff in entsprechende Fenster 47 am Federring 40 gelangen können.
Der Federring 40 ist als ringförmiger Körper gestaltet, der an seinen Stirnseiten sich nach radial außen erhebende Wandbereiche 41 aufweist. Die Wandbereiche 41 sind mit den Fenstern 47 versehen, die in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet sind und in die die Vorsprünge 37 des Kunststoffgehäuseteils 32 in Eingriff gelangen können. Dabei sind die Fenster 47 in ihrer Umfangsrichtung länger als die Vorsprünge 37, so dass das Kunststoffgehäuseteil 32 bezüglich des Federrings 40 einen bestimmten Winkelbereich verschoben werden kann, ehe der Vorsprung 37 in Anlage mit einer Kante des Fensters 47 gelangt. Somit kann der Federring 40 das Käfiggehäuseteil 32 in Umfangsrichtung führen und die beiden Bauteile sind reibungsfrei zueinander verdrehbar, wobei jedoch der Verdrehwinkel durch den Anschlag des Vorsprungs 37 an den Fensterkanten begrenzt ist.
Der in axialer Richtung mittlere Bereich des Federrings 40 ist nach radial innen gekrümmt und weist dort Stegelemente 42 auf, die mit den Stegelementen 34 des Käfiggehäuseteils 32 überlappen können. Werden die Stegelemente 42 auf die Stegelemente 34 des Käfiggehäuseteils 32 dort aufgeschoben, so entsteht eine Reibkraft, die eine Dämpfungsfunktion übernehmen kann.
5 zeigt die Anordnung aus Federring 40 und Käfiggehäuseteil 32 im zusammengebauten Zustand.
6 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Baugruppe aus Federring 40, Klemmkörpern 10 und Schenkelfedern 31, die am Federring 40 angebracht sind, z. B. indem sie formschlüssig geführt sind, und die Klemmkörper 10 in Umfangsrichtung vorbelasten. Somit weist neben der in 5 dargestellten Baugruppe der Käfig 30 jedem Klemmkörper 10 zugeordnete Schenkelfedern 31 auf, die die Klemmkörper 10 in die Klemmposition vorbelasten (siehe auch 8 und 9, wobei 8 die Freilaufanordnung 50 in einer Klemmposition für eine erste Umfangsrichtung und 9 die Freilaufanordnung 50 in einer Klemmposition für eine zweite Umfangsrichtung zeigt. In 6 ist zu Darstellungszwecken das Käfiggehäuseteil 32 weggelassen. In 7 ist schließlich der fertige Käfig 30 mit Klemmkörpers 10 gezeigt.
8 zeigt die Situation, in der die Klemmkörper 10 mittels ihrer Klemmflächen 12 und 13 eine Verdrehung des Innenrings 22 und des Außenrings 24 zueinander in einer ersten Relativdrehrichtung blockieren. 9 zeigt den Fall, in dem die Klemmflächen 14, 15 die Verdrehung des Innenrings 22 und Außenrings 24 zueinander in einer zweiten Relativdrehrichtung blockieren.
Zum Verhindern, dass die Klemmkörper 10 unbeabsichtigter Weise in die andere der Klemmpositionen verkippen, sind durch die geschlitzten Bereiche, nämlich die Ausschnitte 16, 17 und die Nut 18 an den Klemmkörpern Anschläge 60, 61 geformt, an denen die Klemmkörper 10 in Anlage gegen auf dem Innenring 22 vorgesehene Schlingfederringe 62, 63 gelangen können.
Wie 10 und 11 entnehmbar ist, sind bei der dargestellten Ausführungsform je Klemmkörper 10 drei geschlitzte Bereiche 16, 17, 18 vorgesehen, wobei die Ausschnitte 16 und 17 an den jeweiligen Stirnseiten des Klemmkörpers 10 vorgesehen sind und die Nut 18 in im Wesentlichen der Mitte in axialer Richtung des Klemmkörpers 10 vorgesehen ist. Ferner sind der geschlitzte Bereich 18 einerseits und die geschlitzten Bereiche 16, 17 andererseits zueinander in Umfangsrichtung versetzt.
Auf dem Innenring 22 sind ferner eine entsprechende Anzahl von Schlingfederringen 62, 63 in entsprechendem Abstand in axialer Richtung vorgesehen. Insbesondere ist ein Paar von Schlingfederringen 62, 62 zum Eingriff in die Ausschnitte 16, 17 und ein Schlingfederring 63 zum Eingriff in die Nut 18 vorgesehen. Die Schlingfederringe 62, 63 werden gegenläufig durch eine später beschriebene Verstelleinrichtung betätigt, so dass wahlweise die Schlingfederringe 62 bezüglich einer Mantelfläche des Innenrings 22 erhaben sind (in 8 und 10 gezeigte Situation) oder der Schlingfederring 63 bezüglich der Mantelfläche des Innenrings 22 erhaben ist (in 9 und 11 gezeigte Situation). Dadurch gelangen die jeweiligen Schlingfederringe 62, 63 in Anlage gegen die durch die Ausnehmungen 16, 17, 18 am Klemmkörper 10 geformten Anschläge 60, 61 und verhindern somit ein Verkippen der Klemmkörper 10 in ungewollter Richtung.
8 und 9 zeigen jeweils einen Schnitt senkrecht zur Axialrichtung des Freilaufs 50 in einer Position, die dem Schlingfederring 63 und damit dem mittleren geschlitzten Bereich 18 des Klemmkörpers 10 entspricht. In 8 und 9 ist zu verstehen, dass die Klemmkörper 10 stets in Anlage mit der Mantelfläche des Innenrings 22 sind und die Schlingfeder 63 vergrößert zu Veranschaulichungszwecken dargestellt ist.
Insbesondere sind in der Mantelfläche des Innenrings 22 nutförmige Ausnehmungen 23 vorgesehen (siehe 13), in welche die Schlingfederringe 62, 63 abgesenkt werden können, so dass ihre Außenumfangsfläche mit der Mantelfläche des Innenrings 22 fluchtend ist. Die fluchtende Position des Schlingfederrings 63 mit der Mantelfläche des Innenrings 22 ist in 8 erkennbar. In 9 ist die erhabene Position des Schlingfederrings 63 bezüglich der Mantelfläche des Innenrings 22 gezeigt.
Die Verstelleinrichtung 70 für die Kippposition der Klemmkörper 10 wird unter Bezug auf 12 bis 17 beschrieben, wobei die Verstellung mit Hilfe eines Anhebens bzw. Absenkens der Schlingfederringe 62, 63 erfolgt.
Wie insbesondere 12, 13, 15 und 17 entnehmbar ist, sind in dem Innenring 22 in axialer Richtung verlaufende Bohrungen (in der dargestellten Ausführungsform 6) gleichmäßig verteilt in Umfangsrichtung vorgesehen, so dass in jede Bohrung 71 eine Verstellspindel 80 eingesetzt werden kann, die in axialer Richtung verschiebbar sowie verdrehbar ist. Wie insbesondere und 12 und 17 entnehmbar ist, können gemeinsame Verstellspindeln 80 für mehrere in axialer Richtung hintereinander angeordnete Freilaufeinheiten 50 verwendet werden.
Die Verstellspindeln 80 sind über einen Gewindemechanismus 81 jeweils im Innenring 22 gelagert, wobei die Verstellspindeln 80 ein Außengewinde 83 aufweisen und ein Innengewinde 82 in den Bohrungen des Innenrings 22 vorgesehen ist. Werden die Verstellspindeln 80 verdreht, so werden sie entsprechend und in Abhängigkeit von der Gewindesteigung des Gewindemechanismus 81 in axialer Richtung des Freilaufs bewegt (Rechts-/Linksrichtung in 17).
Zum Drehen der Verstellspindeln 80 weisen diese an einem ihrer axialen Enden eine Verzahnung 84 auf (siehe 16), die mit einem Zahnrad mit Innenverzahnung bzw. Hohlrad 85, das an einem der axialen Enden des Klemmkörperfreilaufs vorgesehen ist, kämmt. Wie 12 entnehmbar ist, ist für alle Verstellspindeln 80 ein gemeinsames Hohlrad 85 vorgesehen, das mit den jeweiligen Verzahnungen 84 der Verstellspindeln 80 kämmt.
Die Verstellspindeln 80 weisen entlang ihrer Axialrichtung zylindrische, insbesondere kreiszylindrische, Bereiche mit großem Durchmesser 86 und zylindrische, insbesondere kreiszylindrische, Bereich mit kleinem Durchmesser 87 auf. Zwischen den Bereichen großen Durchmessers 86 und den Bereichen kleinen Durchmessers 87 sind jeweils Übergangsbereiche 88 geformt, die spiralförmig gestaltet sind und dieselbe Steigung haben wie der Gewindemechanismus 82 zwischen Spindel 80 und Innenring 22.
Durch Verstellen der Verstellspindeln 80 können wahlweise die Schlingfederringe 62 oder der Schlingfederring 63 oder keiner in Anlage gegen die Bereiche großen Durchmessers 86 der Verstellspindeln 80 gebracht werden. Diejenigen Schlingfederringe 62, 63, die in Anlage gegen die Bereiche großen Durchmessers 86 der Verstellspindeln 80 sind, werden auf einen größeren Durchmesser gezwungen und stehen in radialer Richtung nach außen bezüglich der Mantelfläche des Innenrings 22 vor (in 13 die Schlingfedern 63). Andererseits sind die Schlingfedern 62 in 13 in den notförmigen Ausnehmungen 23 des Innenrings 22 aufgenommen, so dass ihr Außenumfang mit dem der Mantelfläche des Innenrings 22 fluchtet. Bei einer Verstellung der Verstellspindel 80 und einer damit erzwungen Bewegung der Schlingfederringe 62, 63 aus der nutförmigen Ausnehmung 23 heraus bzw. in diese hinein gelangen die Anschläge 60, 61 an den Klemmkörpern selektiv in bzw. außer Anlage mit den Schlingfederringen, was zu einem Verkippen der Klemmkörper 10 in die eine oder andere Klemmrichtung führt.
Die verschiedenen Positionen sind in 17A, 17B und 17C gezeigt, wobei in 17A die Situation gezeigt ist, in der die Schlingfederringe 62 erhaben sind und die Schlingfederringe 63 in den entsprechenden nutförmigen Bereichen 23 des Innenrings 22 abgesenkt sind, so dass die Klemmkörper 10 in einer ersten Klemmrichtung zwischen dem Außenring 24 und dem Innenring 22 gehalten werden (beispielsweise entsprechend einer Vorwärtsfahrtrichtung eines Fahrzeugs mit einem Kurbel-CVT-Getriebe, das die erfindungsgemäßen Klemmkörperfreilaufanordnungen 50 verwendet). 17B zeigt die Situation, in der alle Schlingfederringe 62, 63 in Anlage gegen die Bereiche kleinen Durchmessers 87 der Verstellwelle 80 sind, so dass die Schlingfederringe 62, 63 alle in den entsprechenden nutförmigen Bereich 23 im Innenring 22 aufgenommen sind und mit der Mantelfläche des Innenrings fluchten. Dies entspricht einer Montage- oder Abschleppposition, in der durch das Getriebe keine Kraft übertragen wird und die Freilaufanordnung 50 in beiden Relativdrehrichtungen zwischen dem Innenring 22 und dem Außenring 24 im Freilauf ist. 17C zeigt schließlich die Situation, in der die Schlingfederringe 63 erhaben sind und die Schlingfederringe 62 angesenkt sind, was einer Position entspricht, in der Kraft in umgekehrter Drehrichtung vom Außenring 24 an den Innenring 22 übertragen werden kann.
Die Schlingfederringe 62, 63 sind dabei nach innen vorbelastet, so dass sie einerseits in die im Innenring 22 aufgenommene Position vorbelastet sind und andererseits sich auch durch Fliehkraft bzw. bei maximaler Drehzahl des Innenrings nicht nach außen bewegen.

10: Klemmkörper
11: Mantelfläche des Klemmkörpers
12: Klemmfläche
13: Klemmfläche
14: Klemmfläche
15: Klemmfläche
16: Ausschnitt
17: Ausschnitt
18: Nut
20: Klemmspalt
22: Innenring
23: nutförmige Ausnehmung
24: Außenring
30: Käfig
31: Schenkelfeder
32: Käfiggehäuseteil
33: unterbrochene Position in Umfangsrichtung
34: Stegelement
35: Aufnahmebereich
36: Ausnehmung
37: Vorsprung
40: Federring
41: Wandbereich
42: Stegelement
47: Fenster
50: Freilaufanordnung
60: Anschlag
61: Anschlag
62: Schlingfederring
63: Schlingfederring
70: Verstelleinrichtung
71: Bohrung
80: Verstellspindel
81: Gewindemechanismus
82: Innengewinde
83: Außengewinde
84: Verzahnung
85: Hohlrad
86: Bereich mit großem Durchmesser
87: Bereich mit kleinem Durchmesser
88: Übergangsbereich
S: Symmetrieachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1650071 A2 [0002]

Claims

Klemmkörper (10) für einen umschaltbaren Klemmkörperfreilauf (50), enthaltend einen im Wesentlichen zylindrischen Körper mit einer Mantelfläche (11), die zwei Paare von einander radial gegenüberliegenden Klemmflächen (12, 13; 14, 15) aufweist, wobei jedes Paar von Klemmflächen (12, 13; 14, 15) eine erste Klemmfläche (13, 15) zur Anlage an einem Innenring (22) des Klemmkörperfreilaufs und eine zweite Klemmfläche (12, 14) zur Anlage an einem Außenring (24) des Klemmkörperfreilaufs aufweist und in einem Schnitt senkrecht zur Axialrichtung des Klemmkörpers (10) die Kontur des ersten Paars von Klemmflächen (12, 13) zur Kontur des zweiten Paars von Klemmflächen (14, 15) achsensymmetrisch bezüglich einer Achse (S) ist, die in radialer Richtung des Klemmkörpers (10) durch einen Übergangsbereich zwischen den ersten Klemmflächen (13, 15) und einen Übergangsbereich zwischen den zweiten Klemmflächen (12, 14) verläuft.
Klemmkörper (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturen der Paare von Klemmflächen (12, 13; 14, 15) zu genau einer Achse (S) symmetrisch sind.
Klemmkörper (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter enthaltend einen geschlitzten Bereich (16, 17, 18), wobei sich der geschlitzte Bereich (16, 17, 18) in Umfangsrichtung des Klemmkörpers (10) erstreckt.
Klemmkörper (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei geschlitzte Bereiche (16, 17, 18) vorgesehen sind, die in Axialrichtung des Klemmkörpers (10) voneinander beabstandet sind und zueinander in Umfangsrichtung des Klemmkörpers (10) versetzt sind.
Umschaltbarer Klemmkörperfreilauf (50) mit einem Innenring (22), einem Außenring (24) und mehreren zwischen dem Innenring (22) und dem Außenring (24) eingebrachten Klemmkörpern (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Klemmkörperfreilauf (50) nach Anspruch 5, weiter enthaltend einen Käfig (30) für die Klemmkörper, der ein Käfiggehäuseteil (32) und einen Federring (40) aufweist, wobei der Federring (40) radial innen in das Käfiggehäuseteil (32) eingesetzt ist.
Klemmkörperfreilauf (50) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Käfiggehäuseteil (32) flexibel ist und an einer Umfangsposition eine unterbrochene Stelle (33) aufweist.
Klemmkörperfreilauf (50) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Käfiggehäuseteil (32) als Kunststoffspritzgussteil geformt ist.
Klemmkörperfreilauf (50) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Käfiggehäuseteil (32) bezüglich des Federrings (40) relativ in Umfangsrichtung verschiebbar ist.
Klemmkörperfreilauf 50 nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Federring (40) seitliche Wandbereiche (41) mit Fenstern aufweist, in die seitliche Vorsprungsbereiche (37) des Käfiggehäuseteils (32) eingesetzt sind, zum Führen der Verschiebebewegung des Käfiggehäuseteils (32) und Begrenzen des Verschiebewegs.
Klemmkörperfreilauf (50) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Käfiggehäuseteil (32) zylindrische Aufnahmebereiche (35) in Axialrichtung zum Einsetzen und Führen der Klemmkörper (10) aufweist.
Klemmkörperfreilauf (50) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Federelemente (31), vorzugsweise Schenkelfedern, zum Drehen der Klemmkörper (10) in Klemmposition am Käfig (30) angebracht sind.
Klemmkörperfreilauf (50) nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (22) eine im Wesentlichen kreiszylindrische Mantelfläche aufweist und der Außenring (24) eine im Wesentlichen kreiszylindrische Innenfläche aufweist.
Klemmkörperfreilauf (50) nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstelleinrichtung (70) zum Verdrehen der Klemmkörper (10) vorgesehen ist, um zwischen einem Klemmen mittels des ersten Paars von Klemmflächen (12, 13) in einer ersten Umfangsrichtung und einem Klemmen mittels des zweiten Paars von Klemmflächen (14, 15) in einer zweiten Umfangsrichtung durch Verkippen der Klemmkörper (10) umzuschalten.
Klemmkörperfreilauf (50) nach Anspruch 14 mit Klemmkörpern nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (70) Schlingfederringe (62, 63) an dem Innenring (22) aufweist, die in Eingriff mit den geschlitzten Bereichen (16, 17, 18) der Klemmkörper (10) gelangen können, wobei die Schlingfederringe (62, 63) in eine bezüglich der Mantelfläche des Innenrings (22) erhabene Position und eine bezüglich der Mantelfläche des Innenrings (22) abgesenkte und/oder fluchtende Position bringbar sind.
Klemmkörperfreilauf nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verändern der Position der Schlingfederringe (62, 63) sich in Axialrichtung des Innenrings (22) erstreckende und in Axialrichtung bewegbare Verstellspindeln (80) vorgesehen sind, die Bereiche größeren Durchmessers (86) und Bereiche kleineren Durchmessers (87) entlang ihrer Axialrichtung aufweisen, wobei die Verstellspindeln (80) in Wechselwirkung mit den Schlingfederringen (62, 63) sind, derart, dass bei Anlage der Schlingfederringe (62, 63) an Bereiche größeren Durchmessers (86) der Verstellspindeln (80) die Schlingfederringe (62, 63) die bezüglich der Mantelfläche des Innenrings (22) erhabene Position einnehmen und in Eingriff mit geschlitzten Bereichen (16, 17, 18) der Klemmkörper (10) sind.
Kurbel-CVT-Getriebe mit einem umschaltbaren Klemmkörperfreilauf (50) nach einem der Ansprüche 5 bis 16.