DE10025880A1 - Kegelscheibenpaar für ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe - Google Patents

Abstract

Ein Kegelscheibenpaar für ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, enthaltend eine mit eine Welle starr verbundene Kegelscheibe, eine mit der Welle drehfest und axial verschiebbar verbundene Kegelscheibe und eine mit Hydraulikmittel arbeitende Einrichtung zum Verschieben der verschiebbaren Kegelscheibe, welche Einrichtung wenigstens eine Druckkammer aufweist, bei deren Druckbeaufschlagung eine Kraft in Richtung einer Annäherung der Kegelscheiben aneinander erzeugt wird, und eine Ausgleichskammer aufweist, bei deren insbesondere drehzahlabhängiger Druckbeaufschlagung eine Kraft in Richtung einer Entfernung die Kegelscheiben voneinander erzeugt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß in einem sich mit der Welle drehenden Bauteil ein Abströmventil vorgesehen ist, dessen Ventilglied mit einer drehzahlabhängigen Kraft gegen den von der Ausgleichskammer her wirkenden Druck in Schließrichtung gedrängt ist und bei Überdruck aus der Ausgleichskammer zur Freigabe einer Abströmung des Hydraulikmittels aus der Ausgleichskammer öffnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kegelscheibenpaar für ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Fig. 2 zeigt ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe der Art, wie es beispielsweise aus der DE 195 44 644 A1 bekannt ist:
Auf einer Welle 2 ist ein erstes Kegelscheibenpaar mit Kegelscheiben 4 und 6 angeordnet, wobei die Kegelscheibe 6 einteilig mit der Welle 2 ausgebildet ist und die Kegelscheibe 4 über eine Axialverzahnung drehfest, jedoch axial verschiebbar, mit der Welle 2 verbunden ist. Auf einer weiteren, zur Welle 2 parallel angeordneten Welle 8 ist ein weiteres Kegelscheibenpaar mit Kegelscheiben 10 und 12 angeordnet, wobei die Kegelscheibe 10 einteilig mit der Welle 8 ausgebildet ist und die Kegelscheibe 12 über eine Axialverzahnung 14 drehfest, jedoch axial verschiebbar mit der Welle 8 verbunden ist.

Die beiden Kegelscheibenpaare 4, 6 und 10, 12 werden von einem Umschlingungsmittel 16 umschlungen, dessen Glieder in Reibeingriff mit den Kegelflächen der Kegelscheiben kommen.

Im dargestellten Beispiel ist die Welle 2 die Antriebswelle und die Welle 8 die Abtriebswelle des Getriebes. Zur Übersetzungsverstellung ist der Abstand zwischen den Kegelscheiben 4, 6 und 10, 12 gegensinnig verstellbar. Dazu wird die jeweils verstellbare Kegelscheibe aus jeweils zwei Druckkammern mit Druck beaufschlagt, wobei eine innere Druckkammer 18 als Kammer dient, die den Anpreßdruck zwischen dem Umschlingungsmittel 16 und dem Kegelscheibenpaar drehmomentabhängig einstellt. Zur Druckentlastung ist in der Druckkammer 18 eine Feder 20 angeordnet. Zur Verstellung des Abstandes zwi­ schen den Kegelscheiben 10 und 12 dient eine weitere Druckkammer 22. Die Druckkammern 18 und 22 werden über in der Welle 8 ausgebildete Bohrungen mit Hydraulikmittel beaufschlagt, dessen Druck über nicht dargestellte Steuerventile eingestellt wird.

Die Verstellung der antriebsseitigen Kegelscheibe 4 erfolgt in ähnlicher Weise, wobei auf Einzelheiten nicht eingegangen wird, da diese an sich bekannt sind. Es versteht sich, daß nicht zwingend zwei Druckkammern vorgesehen sein müssen, sondern auch eine oder mehrere Druckkammern vorgesehen sein können.

Ein Problem, das sich bei der Betätigung des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes mittels mitdrehender, mit Hydraulikmittel gefüllter Druckkammern stellt, liegt darin, daß sich der Druck in der Druckkammer infolge von Fliehkräften mit zunehmender Drehzahl des Kegel­ scheibenpaars erhöht, wodurch die Anpreßkraft und ggf. die Übersetzung in unerwünschter Weise verändert wird. Durch die Rotation entsteht zusätzlich zu dem über Steuerventile gesteuerten hydraulischen Druck ein fliehkraft- bzw. drehzahlabhängiger Druck. In der Anordnung der Fig. 2 ist, um diesen unerwünschten Effekt auszugleichen, an dem abtriebsseitigen Kegelscheibenpaar 10, 12, das höhere Drehzahlen erreicht als das antriebs­ seitige Kegelscheibenpaar, eine Ausgleichskammer 24 vorgesehen. Diese Ausgleichskammer 24 ist derart angeordnet, daß sie gemäß Fig. 2 links an eine starr mit der Welle 8 verbundene radiale Wand 26 angrenzt und rechtsseitig an eine starr mit der beweglichen Kegelscheibe 12 verbundene radiale Wand 28 angrenzt. Auf diese Weise wird die Kegelscheibe 12 bei Druckbeaufschlagung der Ausgleichskammer 24 nach rechts gedrängt, so daß eine Druckbe­ aufschlagung der Ausgleichskammer 24 einer Beaufschlagung der Druckkam­ mern 18 oder 22 mit zusätzlichem Druck entgegenwirkt. Es versteht sich, daß die Ausgleichskammer auch am antriebsseitigen Kegelscheibenpaar vorgesehen sein kann.

Für die Zufuhr von Hydraulikmittel in die Ausgleichskammer 24 gibt es verschiedene Möglichkeiten, die in Fig. 3 und 4 beispielhaft dargestellt sind:
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist eine Schrägbohrung 30 vorgesehen, über die der Ausgleichskammer 24 durch die Weile 8 hindurch Druckmittel zugeführt wird.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist die starr mit der Kegelscheibe 12 verbundene Rückwand 28 der Ausgleichskammer zur Welle hin nur soweit geführt, daß ein Ringspalt 32 gebildet ist, durch den hindurch die Druckmittelzufuhr erfolgt.

Alternativ könnte auch unmittelbar zwischen der Druckkammer 22 und der Ausgleichskammer 24 eine Drosselbohrung vorgesehen sein oder die Dichtung zwischen Druckkammer 22 und Ausgleichskammer 24 mit gezielten Leckagen ausgebildet sein.

Ein Problem, das bei den beschriebenen Ausgleichskammerkonstruktionen besteht, liegt im folgenden:
Wenn das Kegelscheibenpaar 10, 12 in Overdrive steht (maximaler Abstand), ist das Volumen der Ausgleichskammer 24 maximal. Soll das Getriebe nun rasch in Richtung Underdrive (Abstandsverminderung) zwischen den Kegelscheiben 10 und 12 verstellt werden, so muß das Hydraulikmittel schnell aus der Ausgleichskammer 24 verdrängt werden. Da der dafür zur Verfügung stehende Querschnitt (lediglich Leckagen oder Schrägbohrung 30 oder Ringspalt 32) begrenzt ist, entsteht in der Ausgleichskammer 24 ein Überdruck, der einer raschen Verstellung entgegenwirkt und diese unmöglich macht oder extrem hohe Drucke in der Druckkammer 22 erfordert. Desweiteren wirkt dieser Überdruck dem Anpreßdruck der Kegelflächen der Kegelscheiben 10, 12 an das Umschlingungsmittel entgegen und verringert die von dem nicht dargestellten Steuergerät her gesteuerte Anpreßkraft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Abhilfe für das vorgenannte Problem zu schaffen, d. h. ein Kegelscheibenpaar zu schaffen, bei dem einerseits der Einfluß der Drehzahl auf die Anpreßkraft vermindert ist und andererseits eine rasche Verstellung des Getriebes von Overdrive in Underdrive möglich ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.

Mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen Abströmventil wird erreicht, daß sich die Schließkraft des Abströmventils selbsttätig an die jeweilige Drehzahl anpaßt, so daß das Abströmventil bei jeder Drehzahl zuverlässig geschlossen ist und bei einem verhältnismäßig geringen, in der Ausgleichskammer bei einer Abstandvergrößerung zwischen den Kegelscheiben auftretenden Überdruck öffnet und rasch einen ausreichend großen Abströmquerschnitt freigibt, so daß sich kein eine Verstellung hindernder Druck aufbauen kann.

Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kegelscheibenpaars gerichtet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 eine mit einer Welle drehfest, jedoch axial verschiebbar verbundene Kegelscheibe mit einem Abströmventil,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein bekanntes Kegelscheibengetriebe und

Fig. 3 und 4 Schnittansichten ähnlich der Fig. 1 eines Teils des Kegelscheibengetriebes der Fig. 2 in abgeänderten Ausführungsformen.

In Fig. 1 sind für funktionsgleiche Bauteile die gleichen Bezugszeichen wie in den bereits erläuterten Fig. 2 bis 4 verwendet. Im folgenden wird die Anordnung der Fig. 1 nur insoweit beschrieben, als sie sich von der der Fig. 3 und 4 unterscheidet.

Gemäß Fig. 1 ist in einem wellenfesten Stützring 34 zusätzlich zur gestrichelt eingezeichneten Schrägbohrung 30 eine Entlastungsbohrung 36 ausgebildet, deren Achse in einem Winkel á zur Achse der Welle 8 geneigt ist. Die Entlastungsbohrung 36 weist eine Stufe auf, die einen Sitz 38 bildet, gegen den eine Kugel 40 in dichtende Anlage drängbar ist. Die Entlastungsbohrung 36 führt von der Ausgleichskammer 24 in den Außenraum und endet in einer Ausnehmung 42, in die ein Federring 44 eingesetzt ist, so daß die Kugel 40 im erweiterten Abschnitt der Entlastungsbohrung 36 unverlierbar aufgenommen ist.

Mit A-A ist eine Teilschnittansicht auf den Boden der Ausnehmung 42 dargestellt, aus der ersichtlich ist, daß die Entlastungsbohrung 36 gemäß Fig. 1 rechts von dem Ventilsitz 38 mit Erweiterungsnuten 46 ausgebildet ist, die bei vom Sitz 38 abgehobener Kugel 40 einen Durchströmquerschnitt freigeben.

Die Funktion der beschriebenen Anordnung, bei der die Kugel 40 zusammen mit dem Sitz 38 ein Entlastungsventil bildet, ist folgende:
Mit zunehmender Drehzahl der Welle 8 wirkt auf die Kugel 40 infolge der Fliehkraft eine nach außen gerichtete Kraft F, infolge derer die Kugel mit einer Schließkraft SK = F x siná gegen den Sitz 38 gedrängt wird. Der Winkel á ist so gewählt, daß die Schließkraft der Kugel 38 etwas größer ist als die aus der Ausgleichskammer entgegenwirkende Kraft des in der Ausgleichskammer enthaltenen Hydraulikmittels. Auf diese Weise ist die Entlastungsbohrung 36 bei jeder Drehzahl geschlossen. Wird die Kegelscheibe 10 durch Beaufschlagung der Druckkammer 22 mit zusätzlichem Druck gemäß Fig. 1 rasch nach links ver­ stellt, so nimmt der Druck in der Ausgleichskammer 24 zu, wodurch die Kugel 40 vom Sitz 38 abgehoben wird und rasch ein durch die Erweiterungsnuten 46 gegebener großer Abströmquerschnitt freigegeben wird, durch den das aus der Ausgleichskammer 24 verdrängte Hydraulikmittel abströmen kann. Auf diese Weise ist eine rasche Verschiebung der Kegelscheibe 10 gemäß Fig. 1 nach links und damit des Getriebes von Overdrive in Richtung Underdrive möglich.

Es versteht sich, daß für das Ventil unterschiedlichste Konstruktionen möglich sind. So könnte das Ventil als getrennte Baugruppe ausgeführt werden, die in die Ausgleichsbohrung eingepreßt wird. Das Ventil könnte auch ein ankerförmi­ ges Ventilglied aufweisen. Für den Werkstoff besteht weitgehend freie Wahl, solange der Werkstoff von dem Hydraulikmittel nicht angegriffen wird. Bei der erläuterten Konstruktion, bei der das Ventilglied infolge seiner trägen Masse in Schließstellung gedrängt wird, ist es vorteilhaft, wenn das Ventilglied verhältnis­ mäßig schwer ist. Es sind andere Konstruktionen denkbar, bei denen das Ventil­ glied beispielsweise durch ein elektrisches oder hydraulisches Stellglied mit drehzahlabhängiger Kraft in Schließstellung gedrängt wird.

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvor­ schläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmalskombination zu beanspruchen.

In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Aus­ bildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des je­ weiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Da die Gegenstände der Unteransprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält die Anmelderin sich vor, sie zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Tei­ lungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindun­ gen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteran­ sprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.

Die Ausführungsbeispiele sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu verste­ hen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Ab­ änderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Ele­ mente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kom­ bination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemei­ nen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebe­ nen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Ver­ fahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegen­ stand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims (6)

1. Kegelscheibenpaar für ein Kegelscheibenumschüngungsgetriebe, enthaltend eine mit einer Welle starr verbundene Kegelscheibe, eine mit der Welle drehfest und axial verschiebbar verbundene Kegelscheibe und eine mit Hydraulikmittel arbeitende Einrichtung zum Verschieben der verschiebbaren Kegelscheibe, welche Einrichtung wenigstens eine Druckkammer aufweist, bei deren Druckbeaufschlagung eine Kraft in Richtung einer Annäherung der Kegelscheiben aneinander erzeugt wird, und eine Ausgleichskammer aufweist, bei deren insbesondere drehzahlabhängiger Druckbeaufschlagung eine Kraft in Richtung einer Ent­ fernung die Kegelscheiben voneinander erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem sich mit der Welle drehenden Bauteil ein Abströmventil vorgesehen ist, dessen Ventilglied mit einer drehzahlabhängigen Kraft gegen den von der Ausgleichskammer her wirkenden Druck in Schließrichtung gedrängt ist und bei Überdruck aus der Ausgleichskammer zur Freigabe einer Abströmung des Hydraulikmittels aus der Ausgleichskammer öffnet.

2. Kegelscheibenpaar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied in Längsrichtung einer abgestuften Bohrung gegen einen Ventilsitz bewegbar ist und daß die Bohrung zur Achse der Welle derart geneigt ist, daß das Ventilglied mit zunehmender Drehzahl der Welle mit zunehmender Kraft gegen den Ventilsitz gedrängt wird.

3. Kegelscheibenpaar nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft, mit der das Ventilglied drehzahlabhängig in Schließrichtung gedrängt wird, annähernd drehzahlunabhängig größer ist als die in Öffnungsrichtung auf das Ventilglied infolge des von der Ausgleichskammer her wirkenden, drehzahlabhängigen Druckes wirkende Kraft.

4. Kegelscheibenpaar nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied eine Kugel ist.

5. Kegelscheibenpaar nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kegelscheibenpaar das abtriebsseitige Kegelscheibenpaar des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes ist.

6. Kegelscheibenpaar nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausgleichskammer an ihrer radial inneren Seite einen Hydraulikmittelzufluß aufweist.