DE10160865B4 - Stufenlos verstellbares Kegelscheibenumschlingungsgetriebe mit integriertem Drehmomentfühler - Google Patents
Stufenlos verstellbares Kegelscheibenumschlingungsgetriebe mit integriertem Drehmomentfühler Download PDFInfo
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein stufenlos verstellbares Kegelscheibenumschlingungsgetriebe mit integriertem Drehmomentfühler insbesondere gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2.
- Ein gattungsgemäßes Getriebe ist in der
DE 19951950 A1 beschrieben und wird im folgenden anhand der4 erläutert, die einen Längsschnitt durch Teile des Getriebes mit deren hydraulischer Ansteuerung zeigt. - Eine Antriebswelle
6 , die beispielsweise über eine Anfahrkupplung mit einer Brennkraftmaschine verbunden ist, treibt eine Hydraulikpumpe8 an, die über ein Schieberventil10 wahlweise mit einem Rücklauf12 oder mit einer Leitung14 verbindbar ist, die mit einer weiter unten beschriebenen Verstellkammer zur Verstellung einer Kegelscheibe4 verbindbar ist. Zwischen der Pumpe8 und dem Schieberventil10 ist ein Druckbegrenzungsventil15 angeordnet. Über eine weitere Leitung16 ist die Pumpe8 mit einer weiter unten beschriebenen Anpresskammer verbunden, die den Anpressdruck bestimmt, mit der Kegelscheiben2 und4 an einem beispielsweise als Kette ausgebildeten Umschlingungsmittel18 anliegen. Eine verstellbare Kegelscheibe eines anderen, nicht dargestellten Kegelscheibenpaars weist eine entsprechende Anpresskammer auf, die über die Leitung16 ebenfalls mit Druck versorgt wird. - Die Grundfunktion eines solchen Kegelscheibengetriebes, das in der oberen Hälfte der
4 mit maximalem Kegelscheibenabstand und in der unteren Hälfte mit minimalem Kegelscheibenabstand dargestellt ist, ist an sich bekannt und wird daher nicht erläutert. - Mit dem freien Ende der einteilig mit der nicht verstellbaren Kegelscheibe
2 ausgebildeten Hohlwelle5 ist ein insgesamt konischer Dichtungsträger20 starr verbunden, der in einem zylindrischen Bereich22 endet. An einer radial nach außen zeigenden Zylinderfläche ist unter Zwischenanordnung einer Ringdichtung24 ein starr und dicht mit der Kegelscheibe4 verbundenes Ringteil25 beweglich. An einer radial nach innen zeigenden Zylinderfläche26 ist unter Zwischenanordnung einer Ringdichtung ein Ringansatz28 der Kegelscheibe4 dicht geführt. - Durch in dem konischen Bereich des Dichtungsträgers
20 ausgebildete Öffnungen30 bzw. Taschen ragen Arme32 hindurch, die in Umfangsrichtung verteilt (beispielsweise sind drei Arme vorgesehen) starr mit einem Fühlerkolben34 verbunden sind. Der Fühlerkolben34 , der insgesamt topfförmig ausgebildet ist, ist an seinem radial inneren Ende am Außenumfang der Hohlwelle5 axial verschiebbar geführt. Der radial verlaufende ”Boden” des Fühlerkolbens34 geht in einen zylindrischen Bereich über, dessen Außenseite unter Zwischenanordnung einer Ringdichtung dicht an einer radial nach innen zeigenden, inneren Zylinderfläche eines Ringansatzes36 des Dichtungsträgers20 verschiebbar geführt ist. Die gemäß4 rechte Stirnfläche des Ringansatzes36 ist als eine etwa radial verlaufende, in Umfangsrichtung gekrümmte Mitnehmerfläche38 ausgebildet, der gegenüber sich eine weitere, etwa radial verlaufende, in Umfangsrichtung gekrümmte Mitnehmerfläche40 befindet, die an einem abgebogenen Ansatz41 des freien Endes des Führungskolbens34 ausgebildet ist. - Die Mitnehmerflächen
38 und40 nehmen zwischen sich als Wälzkörper dienende Kugeln42 auf, die die axiale Stellung des Fühlerkolbens34 bestimmen. - Zur Führung der Kugeln
42 ist an der Außenseite eines an der verstellbaren Kegelscheibe4 ausgebildeten Ringansatzes44 eine konkave Führungsfläche46 ausgebildet, der eine ebenfalls konkave und insgesamt schräg verlaufende, zum Ende hin abgewinkelte Führungsfläche48 entspricht, die an einem starr mit der Kegelscheibe4 verbundenen Blechformteil50 ausgebildet ist. - Die als Blechteile ausgebildeten Arme
32 gehen an ihren radial auswärts gerichteten Enden in ein Ringteil33 über, das mit einer Schiebeverzahnung52 ausgebildet ist, die mit einer entsprechenden Schiebeverzahnung einer Hülse kämmt, die mit Rädern eines Zwischengetriebesatzes54 kämmen, der wiederum in Zahneingriff mit der drehangetriebenen Antriebswelle6 ist. Je nach Betätigung einer von zwei Kupplungen55 ändert sich die Drehrichtung der Kegelscheiben2 und4 . - Zwischen dem Dichtungsträger
20 und der Kegelscheibe4 sind zwei Druckkammern ausgebildet, eine radial innere Anpresskammer56 und eine radial äußere Verstellkammer58 . Die Verstellkammer58 wird durch im Dichtungsträger20 ausgebildete Bohrungen und eine Sackbohrung in der Antriebswelle6 von der Leitung14 mit Hydraulikmittel versorgt. Der Anpresskammer56 wird der Hydraulikmitteldruck über eine axiale Sackbohrung60 der Antriebswelle6 und Axialbohrungen zugeführt. Eine als Rücköffnung62 dienende Axialbohrung, die von dem innerhalb des Ringansatzes36 mit dem Druck in der Anpresskammer56 beaufschlagten Fühlerkolben34 mehr oder weniger weit vorverschlossen wird, mündet in eine weitere axiale Sackbohrung der Antriebswelle6 . - Die Funktion des durch die Kugeln
42 , den Ringansatz36 und den Fühlerkolben34 gebildeten, insgesamt in der Anpresskammer56 angeordneten Drehmomentfühlers ist folgende:
Wirkt von der Antriebswelle6 her nur ein schwaches Drehmoment und ist der Fühlerkolben34 über die Arme32 entsprechend nur mit einem schwachen Drehmoment belastet, so befindet er sich in seiner gemäß4 linkest möglichen Stellung, wobei die als Rücklauföffnung62 dienende Axialbohrung vom Fühlerkolben34 weitgehend freigegeben ist, so daß der Druck in der Anpresskammer56 gering ist. Nimmt das Drehmoment zu, so hat der Fühlerkolben34 das Bestreben, sich relativ zur Kegelscheibe4 bzw. dem Blechformteil50 zu verdrehen, wodurch er sich unter dem Einfluß der auf den Mitnehmerflächen abrollenden Kugeln42 nach rechts verschiebt und die Rücklauföffnung62 zunehmend verschließt, so daß der Druck in der Anpresskammer56 zunimmt. Auf diese Weise hängt der Anpressdruck der Kegelscheiben2 und4 an dem Umschlingungsmittel14 vom Drehmoment ab. - Erfolgt bei konstantem Drehmoment durch entsprechende Beaufschlagung der Verstellkammer
58 mit Hydraulikmittel eine Verstellung der Kegelscheibe4 nach rechts (hin zu kleineren Übersetzungen bzw. ins Schnelle des Kegelscheibengetriebes; das Umschlingungsmittel18 wandert dabei nach außen), so werden die Kugeln42 von den Führungsflächen46 und48 radial einwärts verschoben. Dies führt wegen der radial sich ändernden Steigung der Mitnehmerflächen38 und40 in Umfangsrichtung dazu, daß der Druck in der Anpresskammer56 abnimmt. - Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß der auf das Umschlingungsmittel
18 zwischen den Kegelscheiben2 und4 wirkende Anpressdruck nicht nur vom über dem Zwischenradsatz54 auf das Kegelscheibenpaar aufgebrachtem Drehmoment, sondern auch vom Abstand zwischen den Kegelscheiben und damit der Übersetzung des Getriebes abhängt. Dies ist im Hinblick auf einen an die jeweiligen Betriebsverhältnisse angepaßten, möglichst geringen Anpreßdruck, der einen schlupffreien Lauf des Umschlingungsmittels18 zwischen den Kegelscheiben2 und4 sicherstellt, zweckmäßig, wodurch der Energieverbrauch gesenkt und die Lebensdauer erhöht wird. - Eine Eigenart des beschriebenen Getriebes liegt darin, daß die Kugeln
42 entsprechend der Drehzahl des Getriebes und damit der auf sie einwirkenden Fliehkraft den in der Anpresskammer herrschenden Druck zusätzlich beeinflussen, da sie das Bestreben haben, sich mit zunehmender Drehzahl längs der Führungsflächen46 und48 radial auswärts zu bewegen und dadurch auf die Mitnehmerfläche40 des Fühlerkolbens34 eine zusätzliche Verstellkraft ausgeübt wird. Dies führt zu einer unerwünschten Drehzahlabhängigkeit des Anpressdrucks. Des weiteren ist die Bewegung der Kugeln längs der Führungsflächen mit deutlicher Reibung verbunden, was je nach Verstellrichtung und Verstellgeschwindigkeit der Übersetzung eine Anpressdruckerhöhung oder Absenkung hervorruft, die zu einer unerwünschten Hysterese führt. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Abhilfe für die vorgenannte Problematik zu schaffen und ein gattungsgemäßes Kegelscheibenumschlingungsgetriebe derart weiterzubilden, daß der Fliehkrafteinfluß auf den Anpressdruck und Hystereseeigenschaften vermindert sind.
- Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.
- Durch die erfindungsgemäß an den Führungsflächen vorgesehenen Rampen wird einerseits erreicht, daß die Bewegung der Kugeln längs der Führungsflächen weniger richtungsabhängig ist, wodurch die Hysterese vermindert wird.
- Des weiteren sind die Rampen in Abstimmung auf die Mitnehmerflächen derart geformt, daß ein Fliehkrafteinfluß auf die auf den Fühlerkolben wirkende Verstellkraft und damit den Anpressdruck vermindert oder ganz beseitigt ist.
- Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen und Merkmale des erfindungsgemäßen Getriebes gerichtet.
- Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
- Es stellen dar:
-
1 eine Stirnansicht in Richtung des Pfeils A in4 auf eine verstellbare Kegelscheibe mit daran ausgebildeten Führungsflächen, -
2 eine Detailansicht der4 im Bereich einer Kugel zur Erläuterung des Zusammenwirkens von Führungsflächen und Mitnehmerflächen, -
3 einen Schnitt durch die Ansicht der2 , geschnitten in der Ebene III-III und -
4 einen Längsschnitt durch Teile eines an sich bekannten Kegelscheibenumschlingungsgetriebes mit deren hydraulischer Ansteuerung. - In den
1 bis3 , die die Detailansichten bzw. Weiterbildungen des in der Beschreibungseinleitung erläuterten Getriebes gemäß4 zeigen, werden für sich entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen wie in4 verwendet. - Gemäß
1 sind die an der verstellbaren Kegelscheibe4 ausgebildeten Führungsflächen46 und48 für die Kugeln42 in Umfangsrichtung mit Rampen ausgebildet. Genauer ist die an dem Ringansatz44 ausgebildete, radial innere, nach außen zeigende Führungsfläche46 jeweils mit einer axial verlaufenden Erhöhung64 ausgebildet. Die an dem Blechformteil50 ausgebildeten Führungsflächen48 sind durch axial verlaufende Vertiefungen66 gebildet. - Wie aus
1 weiter ersichtlich, gehen die Vertiefungen66 über beidseitig von ihnen angeordnete Erhöhungen68 und70 in Bereiche einer radial einwärtszeigenden Kreisringfläche72 des Blechformteils50 über. Entsprechend gehen die Erhöhungen64 der inneren Führungsfläche46 über Vertiefungen in Bereiche einer auswärts gerichteten Kreisringfläche74 des Ringansatzes44 über. - Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung der Führungsflächen
46 und48 wird, wie im folgenden anhand der2 und3 erläutert, folgendes erreicht: Wenn die verstellbare Kegelscheibe4 und mit ihr die Führungsflächen46 und48 axial bewegt werden, werden die Kugeln42 entsprechend der Steigung der Führungsflächen46 und48 radial bewegt. Dadurch entsteht beispielsweise bei einer Bewegung der Kegelscheibe4 gemäß2 nach rechts an der Führungsfläche48 eine Führungs- bzw. Verstellkraft Fv. - Aufgrund der rampenförmigen Ausbildung der Führungsfläche
48 (und bei entgegengesetzter Bewegungsrichtung der Kegelscheibe4 der Führungsfläche46 ) liegt die Wirkungslinie der Komponente Fv' dieser Verstellkraft Fv in einer Umfangsebene des Getriebes durch den Mittelpunkt der Kugel42 (Schnittebene III-III der2 ), wie aus3 ersichtlich, auf der Wirkungslinie von F1' und F2'. Dabei sind F1' und F2' die in der gleichen Umfangsebene liegenden Komponenten der Kräfte F1 und F2, die von den Mitnehmerflächen38 und40 her auf die Kugel42 einwirken (siehe2 ). - Wie aus
3 ersichtlich, ändert die Verstellkraft Fv' nicht die Richtung von F1'; die Richtung von F1' beeinflußt die Kraft, mit der der Fühlerkolben34 gemäß4 nach rechts belastet ist und damit den Druck in der Anpresskammer56 bzw. den Anpressdruck. - Die Kraft F1', die an der Mitnehmerfläche
40 des Fühlerkolbens34 wirkt, stützt sich über die Kugel42 an der Mitnehmerfläche38 und, je nach Verstellrichtung und Drehzahl, an einer der Führungsflächen46 und48 ab. - Der Betrag der Kraft F1' verteilt sich somit auf die Beträge der Kräfte F2' und Fv'. Im stationären Zustand (keine axiale Verstellung der Kegelscheibe
4 ) ist die Verstellkraft Fv' = 0 und somit F1' = F2'. Die Kraftrichtung von F1' ist unabhängig von der Verstellkraft und nur von dem Kegelscheibenpaar übertragenen Drehmoment und dem Rampenwinkel der Mitnehmerflächen38 und40 abhängig. - Die entstehende Fliehkraft, die von der Masse der Kugel
42 und der Drehzahl abhängt, geht in den Betrag von Fv' ein und hat keinen Einfluß auf die Richtung von F1'. Der Fliehkrafteinfluss durch die Kugeln42 ist somit beseitigt. - Die Rampenform der Führungsflächen
46 und48 geht, wie anhand der1 beschrieben, in eine koaxiale Form über, wodurch eine zu große radiale Verstellung der Kugeln42 während eines Pumpvorganges verhindert wird. - Zusammengefaßt basiert die Erfindung auf folgenden Überlegungen:
- – Wenn die Kugeln nur Kräfte normal zur Rampenfläche
48 ,66 bzw.46 ,64 übertragen, ist auslegungsgemäß das Kräftegleichgewicht zwischen Umfangskraft aus Drehmoment und Axialkraft aus eingeregeltem Druck erfüllt. Dies ist der Fall, wenn die Führungsflächen erfindungsgemäß derart gestaltet sind, daß ihre Kraftrichtung um Unfangsschnitt mit der Normalenrichtung der Rampenflächen übereinstimmt. - – Je nachdem, ob Zug oder Schub übertragen wird, müssen die Führungsflächen daher unterschiedlich gerichtete Winkel aufweisen.
- – Da die Winkel der Mitnehmerflächen
38 und40 sich abhängig von der Übersetzung ändern, müßten für einen exakten Ausgleich auch die Winkel der Führungsflächen übersetzungsabhängig verändert werden. - – Würden im Kontakt der Kugel mit der antriebsseitigen Rampenfläche zusätzlich Reibmomente übertragen, wäre das Kräftegleichgewicht und damit der eingeregelte druck gestört, weil ein zusätzliches Moment auf die antriebsseitige Rampe wirkt. Das wäre der Fall, wenn die Kraft, die die Führungsfläche auf die Kugel ausübt, nicht senkrecht auf die Rampenfläche gerichtet wäre.
- Vorteilhafterweise sind die Führungsflächen
46 ,48 und/oder die Mitnehmerflächen38 ,40 und/oder die Oberflächen der Kugeln42 durch Einsatzhärten der jeweiligen Oberflächenbereiche ausgebildet. Dies ist kostengünstig und stellt eine lange Lebensdauer sicher. - Alternativ könnten die genannten Oberflächen für eine hohe Güte auch auf andere weise wärmebehandelt oder beschichtet sein. Die mit den Führungs- und Mitnehmerflächen ausgebildeten Bauteile können auch als Schmiedeteile, als Gußteile, als Blechumformteile ausgebildet werden oder durch spanende Bearbeitung hergestellt sein.
- Die äußere Führung (Ringansatz
28 ) mit der Führungsfläche48 kann einteilig oder mehrteilig mit der verschiebbaren Kegelscheibe4 ausgebildet sein, beispielsweise verschweißt, aufgepreßt oder verschraubt sein. - Die Führungsflächen
48 und64 können sich zur Kegelscheibe4 hin radial aufweiten wie dargestellt) oder verengen. - Die Führungsflächen
46 ,48 ,64 ,66 können zur Umfangsrichtung konstant geneigt sein oder eine sich mit der axialen Position der Kegelscheibe4 verändernde Neigung haben. - Die rampenartige Führungsfläche
48 kann an dem Blechformteil50 durch Prägen ausgebildet sein. - Das Blechformteil
50 kann vorteilhafterweise entfallen, indem, wie in2 dargestellt, die Führungsfläche48 unmittelbar an dem entsprechend verlängerten Ringansatz28 der Kegelscheibe4 ausgebildet ist, die einteilig mit der Kegelscheibe4 ausgebildet sein kann, oder ein damit verschweißtes Bauteil sein kann. - Ein stufenlos verstellbares Kegelscheibenumschlingungsgetriebe mit integriertem Drehmomentfühler, enthaltend zwei von einem Umschlingungsmittel umschlungene, drehfest mit je einer Welle verbundene Kegelscheibenpaare mit jeweils mindestens einer axial verstellbaren Kegelscheibe
4 und eine Drehmomentfühleinrichtung zur Beeinflussung des in einer an eine axial verstellbare Kegelscheibe angrenzende Anpresskammer56 wirksamen Anpressdruckes in Abhängigkeit von von dem Umschlingungsgetriebe übertragenen Drehmoment, welche Drehmomentfühleinrichtung Kugeln42 enthält, die unter Abstützung an zwei an relativ zueinander beweglichen Bauteilen20 ,34 ausgebildeten Mitnehmerflächen38 ,40 ein auf die Kegelscheibe wirkendes Drehmoment übertragen, wobei die Kugeln zwischen zwei mit der verstellbaren Kegelscheibe verbundenen Führungsflächen46 ,48 aufgenommen sind, die die radiale Stellung der Kugeln bestimmen, so daß sich die mit den Mitnehmerflächen ausgebildeten Bauteile bei einer Drehmomentänderung und/oder bei einer Verstellung der verstellbaren Kegelscheibe durch Bewegung der Kugeln längs der mit ihnen zusammenwirkenden Flächen38 ,40 ,46 ,48 relativ zueinander bewegen und dadurch den Anpressdruck verstellen, ist dadurch gekennzeichnet, daß beide Führungsflächen46 ,48 in Umfangsrichtung mit Rampen64 ,66 derart ausgebildet sind, daß die Wirkungslinie einer in einer Umfangsfläche durch die Kugelmittelpunkte wirksamen Komponente Fv' einer durch eine der Führungsflächen verursachten, auf die Kugeln wirkenden Verstellkraft Fv mit den Wirkungslinien der in der Umfangsfläche wirksamen Komponenten F1', F2' der von den Mitnehmerflächen38 ,40 auf die Kugeln wirkenden Kräfte F1, F2 im wesentlichen zusammenfällt.
Claims (5)
- Stufenlos verstellbares Kegelscheibenumschlingungsgetriebe mit integriertem Drehmomentfühler, enthaltend zwei von einem Umschlingungsmittel (
18 ) umschlungene, drehfest mit je einer Welle verbundene Kegelscheibenpaare (2 ,4 ) mit jeweils mindestens einer axial verstellbaren Kegelscheibe und eine Drehmomentfühleinrichtung zur Beeinflussung des in einer an eine axial verstellbare Kegelscheibe angrenzende Anpresskammer (56 ) wirksamen Anpressdruckes in Abhängigkeit von dem von dem Umschlingungsgetriebe übertragenen Drehmoment, welche Drehmomentfühleinrichtung Kugeln (42 ) enthält, die unter Abstützung an zwei an relativ zueinander beweglichen Bauteilen (20 ,34 ) ausgebildeten Mitnehmerflächen (38 ,40 ) ein auf die Kegelscheibe wirkendes Drehmoment übertragen, wobei die Kugeln zwischen zwei starr mit der verstellbaren Kegelscheibe verbundenen Führungsflächen (46 ,48 ) aufgenommen sind, die die radiale Stellung der Kugeln bestimmen, so daß sich die mit den Mitnehmerflächen ausgebildeten Bauteile bei einer Drehmomentänderung und/oder bei einer Verstellung der verstellbaren Kegelscheibe durch Bewegung der Kugeln längs der mit ihnen zusammenwirkenden Flächen (38 ,40 ,46 ,48 ) relativ zueinander bewegen und dadurch den Anpressdruck verstellen, dadurch gekennzeichnet, daß beide Führungsflächen (46 ,48 ) in Umfangsrichtung mit Rampen (64 ,66 ) derart ausgebildet sind, daß die Wirkungslinie einer in einer Umfangsfläche durch die Kugelmittelpunkte wirksamen Komponente Fv' einer durch eine der Führungsflächen verursachten, auf die Kugeln wirkenden Führungs- bzw. Verstellkraft Fv mit den Wirkungslinien der in der Umfangsfläche wirksamen Komponenten F1', F2' der von den Mitnehmerflächen (38 ,40 ) auf die Kugeln wirkenden Kräfte F1, F2 im wesentlichen zusammenfällt. - Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsflächen (
46 ,48 ) an Ringflächen (72 ,74 ) derart ausgebildet sind, daß die Kugeln (42 ) zwischen einer radial inneren Erhöhung (64 ) und einer radial äußeren Vertiefung (66 ) aufgenommen sind. - Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Führungsflächen (
46 ,48 ) und/oder der Mitnehmerflächen (38 ,40 ) und oder der Kugeln (42 ) einsatzgehärtet sind. - Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußeren Führungsflächen (
48 ) an einem mit der verstellbaren Kegelscheibe (4 ) verbundenen Blechteil (50 ) durch Prägeformen ausgebildet sind. - Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsflächen (
46 ,48 ) durch Oberflächenbereiche der verstellbaren Kegelscheibe (4 ) gebildet sind.
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