DE102004003125A1

DE102004003125A1 - Variator für ein Toroidgetriebe

Info

Publication number: DE102004003125A1
Application number: DE200410003125
Authority: DE
Inventors: Markus Kirchner
Original assignee: Getrag Getriebe und Zahnradfabrik Hermann Hagenmeyer GmbH and Co
Current assignee: Magna PT BV and Co KG
Priority date: 2004-01-15
Filing date: 2004-01-15
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2024-01-16
Also published as: DE102004003125B4

Abstract

Es wird vorgeschlagen ein Variator (26) für ein Toroidgetriebe (10) mit einer Antriebsscheibe (28) und einer Abtriebsscheibe (30), zwischen denen ein Toroidraum (32) eingerichtet ist, der eine Toroidmittenebene definiert, und wenigstens einer an einem Rollenträger (50) um eine Drehachse (52) drehbar gelagerten Rolle (34), die zur Drehmomentübertragung zwischen Antriebsscheibe (28) und Abtriebsscheibe (30) angeordnet ist, wobei die Rolle (34) ferner um eine Kippachse (51) kippbar gelagert ist, die mit der Toroidmittenebene einen Castorwinkel (alpha) größer als Null einschließt, wobei der Rollenträger (50) an einer Anlenkeinrichtung (56) gelagert ist, die einen Linearaktuator (62) aufweist, der entlang einer Stellachse (54) verstellbar ist, die in der Toroidmittenebene liegt, und wobei die Anlenkeinrichtung (56) ein Trägerbauteil (63) aufweist, das die relative Winkellage von Kippachse (51) und Stellachse (54) einrichtet und von dem Linearaktuator (62) verschiebbar ist. DOLLAR A Dabei ist der Rollenträger (50) um die Kippachse (51) herum kippbar an dem Trägerbauteil (63) gelagert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Variator für ein Toroidgetriebe, mit einer Antriebsscheibe und einer Abtriebsscheibe, zwischen denen ein Toroidraum eingerichtet ist, der eine Toroidmittenebene definiert, und wenigstens einer an einem Rollenträger um eine Drehachse drehbar gelagerten Rolle, die zur Drehmomentübertragung zwischen Antriebsscheibe und Antriebsscheibe angeordnet ist, wobei die Rolle ferner um eine Kippachse kippbar gelagert ist, die mit der Toroidmittenebene einen Castorwinkel größer als Null einschließt, wobei der Rollenträger an einer Anlenkeinrichtung gelagert ist, die einen Linearaktuator aufweist, der entlang einer Stellachse verstell bar ist, die in der Toroidmittenebene liegt, und wobei die Anlenkeinrichtung ein Trägerbauteil aufweist, das die relative Winkellage von Kippachse und Stellachse einrichtet und von dem Linearaktuator verschiebbar ist.

Ein solcher Variator ist aus der DE 102 23 425 A1 bekannt.

Auf dem Gebiet der Getriebe, insbesondere der Getriebe für Kraftfahrzeuge, besteht ein Trend hin zu stufenlosen Getrieben. Stufenlose Getriebe ermöglichen generell, den bei Kraftfahrzeugen vorgeschalteten Verbrennungsmotor unabhängig von der jeweiligen Geschwindigkeit in einem günstigen Drehzahlbereich zu betreiben. Hierdurch verbessert sich der Wirkungsgrad des durch den Verbrennungsmotor und das stufenlose Getriebe gebildeten Antriebsstranges. Ferner bieten stufenlose Getriebe einen besonders hohen Fahrkomfort.

Innerhalb der stufenlosen Getriebe haben die sog. Toroidgetriebe eine besondere Bedeutung, und zwar insbesondere auf Grund ihrer höheren Drehmomentkapazität im Vergleich zu stufenlosen Umschlingungsgetrieben (CVTs).

Innerhalb der Toroidgetriebe findet das System von Torotrak^TM besondere Beachtung (vgl. www.torotrak.com). Dieses Getriebe kommt ohne eingangsseitige Anfahrkupplung oder hydrodynamischen Drehmomentwandler aus. Es handelt sich um ein Volltoroidgetriebe, das generell nach der Art eines Vorgelegegetriebes aufgebaut ist. Der Variator sorgt für eine stufenlose Verstellung der Übersetzung. Ein Planetenradsatz dient als Summiergetriebe.

Kern des Toroidgetriebes ist der Variator der eingangs genannten Art bzw. eine Anordnung aus mehreren derartigen Variatoren.

Bei den gattungsgemäßen Variatoren ist es bekannt, die Drehachse des Rollenträgers und die Stellachse des Linearaktuators mit der Toroidmittenebene auszurichten. Dies führt zwar zu einem guten Wirkungsgrad. Die Lage der Rolle innerhalb des Toroidraumes ist jedoch nicht stabil.

Deshalb ist man später dazu übergegangen, zwischen der Drehachse des Rollenträgers und der Toroidmittenebene einen sog. Castorwinkel einzurichten. Dieses Konzept ist in der DE 697 05 730 T2 sowie in der DE 696 01 426 T2 zum Stand der Technik offenbart und schematisch in 10 gezeigt.

Wie es in 10 gezeigt ist, ist eine Rolle R in einem Toroidraum TR gelagert, der durch zwei nicht näher bezeichnete Scheiben begrenzt wird. Die Rolle R ist an einem Rollenträger RT drehbar gelagert. Der Rollenträger RT ist um eine Drehachse D drehbar gelagert. Die Drehachse D fällt mit der Stellachse eines Linearaktuators A (in der Regel eine hydraulische Kolben/Zylindereinheit) zusammen. Zwischen der Drehachse D und der Toroidmittenebene M ist ein Castorwinkel α von deutlich größer Null (z.B. 20°) eingerichtet. Dies führt zu einer stabilen Rollenlage.

Der Linearaktuator übt auf den Rollenträger RT entlang der Achse D eine Kraft F aus, um eine räumliche Verstellung der Rolle R innerhalb des Toroidraumes TR einzuleiten. Die Momentübertragung erfolgt mittels der Tangentialkräfte T in den Kontaktellipsen zwischen der Rolle R und den einander gegenüber liegenden Scheiben. Durch den Castorwinkel entstehen dabei jedoch unterschiedliche Kontaktnormalkräfte N (N – ΔN bzw. N + ΔN). Hierdurch verschlechtert sich der Wirkungsgrad.

Zur Vermeidung dieses Problems ist in der DE 696 01 426 T2 bereits vorgeschlagen worden, einen Betätigungsmechanismus zum Steuern der Position des Zentrums der Rolle entlang der Toroidmittenebene und zum Steuern des Kippwinkels der Rolle folgendermaßen aufzuteilen. Der Betätigungsmechanismus weist dabei erste Teilmittel auf, die die Position des Zentrums der Rolle entlang der Toroidmittenebene steuern können, nicht jedoch den Kippwinkel bestimmen können. Die ersten Teilmittel sind in Form einer hydraulischen Kolben/Zylinderanordnung gebildet, die mit der Toroidmittenebene ausgerichtet ist. Ferner weist der Betätigungsmechanismus zweite Teilmittel mit einem mechanischen Verbindungsglied auf, das mit dem Rollenträger verbunden ist, und zwar zum Steuern des Kippwinkels der Rolle. Das mechanische Verbindungsglied liegt im Wesentlichen parallel zur Ebene der Rolle und ist dazu gezwungen, einen vorherbestimmten einzelnen Punkt zu passieren, der nicht innerhalb der Toroidmittenebene liegt.

Ein ähnliches Prinzip ist auch aus der DE 102 50 418 A1 bekannt.

Aus der eingangs genannten DE 102 23 425 A1 ist ein Variator für ein Toroidgetriebe bekannt, bei dem die Rolle an einem Schwenkkörper um die Kippachse drehbar gelagert ist, wobei der Schwenkkörper innerhalb der Rolle angeordnet und an dem Rollenträger so gelagert ist, dass die Kippachse (Schwenkachse) des Schwenkkörpers unter dem Castorwinkel zur Toroidmittenebene geneigt ist.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Variator für ein Toroidgetriebe anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Variator für ein Toroidgetriebe dadurch gelöst, dass der Rollenträger um die Kippachse herum kippbar an dem Trägerbauteil gelagert ist.

Durch die Maßnahme, den Rollenträger einerseits kippbar um die Kippachse zu lagern, die mit der Toroidmittenebene einen Castorwinkel größer als Null einschließt, und andererseits die Stellachse im Wesentlichen parallel zur Toroidmittenebene auszurichten, lässt sich eine entkoppelte Rolleranlenkung realisieren. Mit anderen Worten werden hierbei die Stützkraftrichtung und die Schwenkachsrichtung des Rollers mit Castorwinkel für einen Voll-Toroidvariator entkoppelt.

Hierdurch wird der Wirkungsgrad des Variators verbessert. Es muss nicht "überpresst" werden. Ferner lässt sich ein einfacher, kostengünstiger und Hauraum sparender Aufbau der Anlenkung des Rollenträgers realisieren.

Bei der Erfindung liegt die Stellachse in der Toroidmittenebene.

Hierdurch ergibt sich ein kompakterer Aufbau.

Durch die Maßnahme, den Rollenträger um die Kippachse herum kippbar an dem Trägerbauteil zu lagern, kann die Lagerung der Rolle an dem Rollenträger deutlich vereinfacht werden. Insbesondere ist es nicht notwendig, innerhalb der Rolle einen eigenen Schwenkkörper vorzusehen (wie bei der DE 102 23 425 A1 ). Die Bauteile der Anlenkeinrichtung lassen sich sämtlich konstruktiv einfacher realisieren.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Trägerbauteil ein in Richtung der Stellachse ausgerichtetes Stellglied auf, das starr mit einem Schwenkglied verbunden ist, das gegenüber dem Stellglied unter einem Schwenkwinkel größer als Null abgewinkelt ist, wobei der Rollenträger an dem Schwenkglied um die Kippachse kippbar gelagert ist.

Durch das abgewinkelte Schwenkglied lässt sich die Betätigungsrichtung des Linearaktuators in die Kippachse des Rollenträgers überführen bzw. umlenken.

Dabei ist der Schwenkwinkel vorzugsweise kleiner gleich 90°.

Hierdurch ergibt sich eine in radialer Richtung des Variators besonders kompakte Lagerung der Rolle.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Schwenkglied an seinem Ende ein Drehgelenk auf, an dem der Rollenträger um die Kippachse kippbar gelagert ist.

Auch durch diese Maßnahme ergibt sich eine kompakte Bauweise.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Anlenkeinrichtung so beweglich gelagert ist, dass der Mittelpunkt der Rolle bei einer Betätigung des Linearaktuators im Wesentlichen auf dem Toroidmittenkreis verbleibt.

Hierdurch werden ungleiche Normalkräfte auf den gegenüberliegenden Kontaktellipsen der Toroidscheiben vermieden.

Die Lagerung der Anlenkeinrichtung kann unmittelbar an dem Trägerbauteil vorgesehen sein, oder mittelbar über ein mit dem Trägerbauteil verbundenes Bauteil. Zum Beispiel kann die Lagerung mittelbar zwischen dem Linearaktuator und einem Gehäuse erfolgen. Alternativ kann das Trägerbauteil auch unmittelbar an dem Gehäuse beweglich gelagert sein. Auch eine Mischung dieser beiden Lagerarten ist möglich.

Von besonderem Vorzug ist es dabei, wenn die Anlenkeinrichtung mittels eines Kreisbahnführungsgelenkes beweglich gelagert ist.

Unter einem Kreisbahnführungsgelenk wird im vorliegenden Zusammenhang ein solches Gelenk bzw. eine solche Gelenkanordnung verstanden, die sowohl eine translatorische als auch eine rotatorische Bewegung des gelagerten Gliedes ermöglicht.

Hierdurch ist es auch möglich zu erreichen, dass der Mittelpunkt der Rolle im Wesentlichen auf dem Toroidmittenkreis verbleibt.

Dabei ermöglicht ein solches Kreisbahnführungsgelenk in der Regel eine translatorische Bewegung in der Toroidmittenebene und eine Drehung um eine Achse, die senkrecht zur Toroidmittenebene ausgerichtet ist.

Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn eine Führungsgelenkeinrichtung zur Lagerung der Anlenkeinrichtung ein einzelnes Gelenk ist.

Unter einem einzelnen Gelenk wird im vorliegenden Zusammenhang eine räumlich kompakte, auf einen Ort zusammengefasste Gelenkanordnung verstanden, die jedoch möglicherweise mehrere Freiheitsgrade besitzen kann.

Von besonderem Vorzug ist es dabei, wenn die Führungsgelenkeinrichtung durch ein Gelenk gebildet ist, das den Linearaktuator an einem Gehäuse lagert.

Hierdurch wird eine mittelbare Lagerung des Schwenkgliedes erzielt. Das Gelenk kann radial außerhalb des Toroidraumes angeordnet werden.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist eine Führungsgelenkeinrichtung zur Lagerung der Anlenkeinrichtung durch zwei oder mehr Gelenke gebildet.

Hierdurch ist es möglich, die einzelnen Gelenkfunktionen räumlich jeweils an idealen Orten anzuordnen. Demzufolge kann eine optimale Anpassung an die Einbaubedingungen erfolgen.

Dabei ist es von besonderem Vorzug, wenn die Führungsgelenkeinrichtung ein Kugelgelenk aufweist, das den Abtrieb des Linearaktuators mit dem Trägerbauteil verbindet.

Hierdurch ist es möglich, das Trägerbauteil parallel zur Toroidmittenebene zu verschwenken. Ferner wird bei einem Kugelgelenk (oder einem Kardangelenk) ein weiterer Freiheitsgrad senkrecht hierzu zur Verfügung gestellt (im Gegensatz zu einem Drehgelenk).

Ferner ist es dabei von Vorzug, wenn die Führungsgelenkeinrichtung ein Kugelgelenk aufweist, das ein Stellglied des Trägerbauteils mit dem Abtrieb des Linearaktuators verbindet.

Hierdurch kann eine konstruktiv günstige unmittelbare Anbindung des Kugelgelenkes an dem Abtrieb (z.B. Kolben) des Linearaktuators erfolgen.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Führungsgelenkeinrichtung ein Führungsgelenk aufweist, das an dem Trägerbauteil angreift und einen translatorischen Freiheitsgrad in der Toroidmittenebene und einen rotatorischen Freiheitsgrad um eine Achse senkrecht zu der Toroidmittenebene zulässt.

Hierdurch kann eine Führungsgelenkeinrichtung durch eine Kombination von Kugelgelenk und Führungsgelenk gebildet werden. Das Kugelgelenk und das Führungsgelenk können, müssen jedoch nicht, örtlich zusammengefasst sein.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Toroidgetriebes;
2 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Abschnittes eines erfindungsgemäßen Variators;
3 eine schematische Draufsicht entlang der Toroidmittenebene des Variators der 2;
4 eine schematische Darstellung der Lagerung der Anlenkeinrichtung des Variators der 2;
5 eine schematische perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Variators;
6 eine schematische Draufsicht auf den Variator der 5, entlang der Toroidmittenebene;
7 eine schematische Darstellung der Lagerung der Anlenkeinrichtung des Variators der 5;
8 eine Abwandlung des Variators der 5 in einer der 7 entsprechenden Darstellung;
9 eine schematische Darstellung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Variators in einer Draufsicht entlang der Toroidmittenebene; und
10 eine Draufsicht auf einen Variator des Standes der Technik.
In 1 ist ein schematisch dargestelltes Toroidgetriebe generell mit 10 bezeichnet.
Das Toroidgetriebe 10 weist eine Getriebeeingangswelle 12, eine Vorgelegewelle 14 und eine Getriebeausgangswelle 16 auf.
Eine Variatoranordnung des Toroidgetriebes 10 ist bei 20 gezeigt. Die Variatoranordnung 20 weist eine Variatorhauptwelle 22 und eine variatornebenwelle 24 auf. Ferner beinhaltet die Variatoranordnung 20 zwei Variatoren 26A, 26B.
Jeder Variator weist eine Antriebsscheibe 28A, 28B und eine Abtriebsscheibe 30A, 30B auf.
Die Antriebsscheiben 28A, 28B schließen mit den jeweiligen Antriebsscheiben 30A, 30B jeweils einen Toroidraum 32A, 32B ein.
In den Toroidräumen 32A, 32B sind jeweils, über den Toroidraum umfänglich verteilt, eine Mehrzahl von Rollen 34 angeordnet, in der Regel jeweils drei Rollen 34.
Die Rollen 34 lassen sich mittels einer nicht näher dargestellten Aktuatorik räumlich innerhalb des Toroidraumes 32 verstel len, wie es schematisch bei 36 gezeigt ist, um die Übersetzung der Variatoranordnung 20 zu verändern. Dabei versteht sich, dass alle Rollen 34 der Variatoren 26A, 26B jeweils gleichsinnig verstellt werden, um die auftretenden Reaktionskräfte gleichmäßig über den Umfang der Variatoranordnung 20 aufnehmen zu können.
Bei 38 ist ein Radsatz gezeigt, der die Vorgelegewelle 14 nach der Art einer Konstanten mit der Variatornebenwelle 24 verbindet, an der die Antriebsscheiben 28A, 28B festgelegt sind. Die Antriebsscheiben 30A, 30B sind an der Variatorhauptwelle 22 festgelegt, die mit einem Summiergetriebe 40 verbunden ist.
Das Summiergetriebe 40 weist einen Planetenradsatz 42 auf. Die Variatorhauptwelle 22 ist mit dem Sonnenrad des Planetenradsatzes 42 verbunden. Die Vorgelegewelle 14 ist über einen weiteren (nicht bezeichneten) Radsatz mit den Planetenträgern des Planetenradsatzes 42 verbunden.
Das Sonnenrad ist über eine High-Regime-Kupplung 44 mit der Getriebeausgangswelle 16 verbindbar. Das Hohlrad des Planetenradsatzes 42 ist über eine Low-Regime-Kupplung 46 mit der Getriebeausgangswelle 16 verbindbar.
Die Funktionsweise des Toroidgetriebes 10 ist allgemein bekannt und wird aus Gründen einer kompakten Darstellung hier nicht im Detail beschrieben.
2 zeigt eine schematische perspektivische, teilweise weggeschnittene Ansicht eines Teils einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Variators 26.
Der Variator 26 kann für die Variatoren 26A, 26B der Variatoranordnung 20 in dem Toroidgetriebe 10 der 1 eingesetzt werden.
Der Variator 26 weist eine Antriebsscheibe 28 und eine gegenüberliegend angeordnete (nicht dargestellte) Antriebsscheibe 30 auf, zwischen denen ein Toroidraum 32 eingerichtet ist.
In dem Toroidraum 32 sind drei Rollen 34 (von denen nur eine dargestellt ist) umfänglich verteilt angeordnet. Die Rollen 34 sind jeweils identisch gelagert und werden gleichsinnig verstellt, um die Übersetzung des Variators 26 einzustellen. Im Folgenden gilt jede Bezugnahme auf die einzelne, dargestellte Rolle 34 als eine Bezugnahme auf jede der Rollen 34 des Variators 26.
Die Rolle 34 ist an einem Rollenträger 50 drehbar gelagert, der die Rolle 34 gabelartig umschließt. Der Rollenträger 50 ist entlang einer Längsachse (Kippachse) 51 ausgerichtet. Die Längsachse 51 schließt mit der Toroidmittenebene einen Castorwinkel α von größer null Grad ein, im vorliegenden Fall beispielsweise 20 Grad.
Der Rollenträger 50 lagert die Rolle 34 dabei um eine Drehachse 52, die in der Toroidmittenebene liegt. Der Rollenträger 50 selbst ist mittels einer Anlenkeinrichtung 56 gelagert.
Bei 54 ist in 2 ferner eine Stellachse gezeigt, die ebenfalls in der Toroidmittenebene liegt. Die Stellachse 54 und die Drehachse 52 liegen ebenfalls etwa rechtwinklig zueinander und spannen die Toroidmittenebene auf.
Zur räumlichen Verstellung der Rolle 34 innerhalb des Toroidraumes 32 ist eine Verstelleinrichtung 60 vorgesehen, die einen Teil der Anlenkeinrichtung 56 bildet.
Die Verstelleinrichtung 60 weist einen Linearaktuator in Form einer Kolben/Zylinderanordnung 62 auf. Die Kolben/Zylinderanordnung 62 ist mit der Stellachse 54 ausgerichtet. Genauer gesagt bildet die Stellachse 54 die Wirkachse der Kolben/Zylinderanordnung 62. Der (nicht näher bezeichnete) Kolben der Kolben/Zylinderanordnung 62 ist mit einem Trägerbauteil 63 verbunden. Der Rollenträger 50 ist an dem Trägerbauteil 63 gelagert. Genauer gesagt ist der Kolben der Kolben/Zylinderanordnung 62 mit einem Stellglied 64 des Trägerbauteiles 63 verbunden (oder das Stellglied 64 ist ein Teil des Kolbens), wobei die Schubrichtung des Stellgliedes 64 ebenfalls entlang der Stellachse 54 erfolgt.
Wie es insbesondere auch in den 3 und 4 gezeigt ist, ist an dem Ende des Stellgliedes 64 ein Schwenkglied 66 des Trägerbauteiles 63 vorgesehen. Das Schwenkglied 66 ist starr mit dem Stellglied 64 verbunden und ist gegenüber dem Stellglied 64 um einen Schwenkwinkel 74 (vgl. 3) abgewinkelt.
Der Schwenkwinkel 74 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 90 Grad, insbesondere in einem Bereich von kleiner 90 Grad (z.B. 80 Grad oder dergleichen).
An dem Ende des Schwenkgliedes 66 ist ein Drehgelenk 68 vorgesehen. Das Drehgelenk 68 lagert den Rollenträger 50 drehbar um die Längsachse (Kippachse) 51 herum. Dabei ist das Drehgelenk 68 gegenüber der generellen Ausrichtung des Schwenkgliedes 66 wiederum abgewinkelt. Die Anordnung aus Stellglied 64, Schwenkglied 66 und Drehgelenk 68 sieht in der Draufsicht etwa Z-förmig aus.
Die Stellachse 54 verläuft dabei durch den Mittelpunkt der Rolle 34.
Diese Abwinkelung der Anlenkung der Rolle 34 ermöglicht ein Einbringen des Castorwinkels α (d.h. die Drehachse (Kippachse) 51 des Rollenträgers 50 ist in einer zur Toroidmittenebene nicht parallelen Ebene) bei gleichzeitiger Abstützung der Tangentialkräfte zwischen Rolle 34 und Toroidscheiben 28, 30 mit einer parallelen Wirkungslinie zu diesen Tangentialkräften (d.h. in einer Ebene parallel zur Toroidmittenebene).
Demzufolge wird die Rollenschwenkachsrichtung von der Kolbenstützrichtung entkoppelt. Der Wirkungsgrad des Variators 26 wird hierdurch verbessert, da nicht "überpresst" werden muss. Es ergibt sich ein einfacher, kostengünstiger und Bauraum sparender Aufbau der Anlenkung.
Um zu erreichen, dass der Rollenmittelpunkt bei einer Verstellung innerhalb des Toroidraumes 32 auf der Toroidmittenebene verbleibt, ist eine Führungsgelenkeinrichtung 70 vorgesehen. Die Führungsgelenkeinrichtung 70 unterstützt die Kinematik der Rollenanlenkung und ermöglicht, dass die oben genannte Bedingung zumindest für kleine Bewegungen eingehalten werden kann.
Bei der in den 2 bis 4 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Variators ist als Führungsgelenkeinrichtung 70 ein Kreisbahnführungsgelenk 71 vorgesehen.
4 ist dabei eine schematische Darstellung der Lagerung der Anlenkeinrichtung 56. Das Trägerbauteil 56 ist, wie in 3, in einer Draufsicht gezeigt. Die Rolle 34 ist jedoch (aus Gründen einer übersichtlicheren Darstellung) um 90° gedreht. Ferner ist auch die Darstellung des Kreisbahnführungsgelenkes 71 um 90° versetzt dargestellt. Die richtige räumliche Ausrichtung ist in 2 zu erkennen.
Das Kreisbahnführungsgelenk 71 ist an einem Gehäuse 72 (z.B. des Toroidgehäuses) festgelegt und lagert den Zylinder der Kolben/Zylinderanordnung 62. Das Kreisbahnführungsgelenk 71 weist einen translatorischen Freiheitsgrad 76 in der Toroidmittenebene und einen rotatorischen Freiheitsgrad 78 um eine Achse senkrecht zu der Toroidmittenebene auf.
In 4 ist ferner die Stellbewegung 80 des Kolbens der Kolben/Zylinderanordnung 62 gezeigt. Bei 82 ist schematisch eine Drehbewegung des Rollenträgers 50 um die Längsachse 51 und bei 84 eine Drehbewegung der Rolle 34 um die Drehachse 52 herum dargestellt.
Durch das Kreisbahnführungsgelenk 71 wird das Schwenkglied 66'' mittelbar" so gelagert, dass eine translatorische Bewegung in der Toroidmittenebene und gleichzeitig eine Rotation um eine Achse senkrecht zur Toroidmittenebene möglich ist. Damit kann das Zentrum der Rolle 34 bei einer Stellbewegung 80 dem Toroidmittenkreis folgen.
Die gezeigte Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Funktionalität der Führungsgelenkeinrichtung 70 auf einen örtlichen Bereich begrenzt werden kann.
Um zu verhindern, dass sich der Kolben der Kolben/Zylinderanordnung 62 relativ zu deren Zylinder um die Stellachse 54 herum dreht, kann eine Verdrehsicherung vorgesehen sein, wie sie in 4 schematisch bei 86 gezeigt ist.
In den 5 bis 7 ist eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Variators gezeigt, die generell mit 26' bezeichnet ist.
Der grundlegende Aufbau des Variators 26' entspricht demjenigen des Variators 26 der 2 bis 4. Gleiches gilt für die generelle Funktionsweise. Insoweit wird Bezug genommen auf die obige Beschreibung, um Wiederholungen zu vermeiden. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede eingegangen.
Der Variator 26' weist eine Verstelleinrichtung 60' auf. Die Verstelleinrichtung 60' weist eine Kolben/Zylinderanordnung 62' auf, deren Zylinder an dem Gehäuse 72 festgelegt ist.
Das Ende des Kolbens 91 der Kolben/Zylinderanordnung 62 ist mit einem Kugelgelenk 90 verbunden. Das Kugelgelenk 90 lagert das Stellglied 64' und damit das Schwenkglied 66' des Trägerbauteiles 63'. Die Anordnung aus Stellglied 64' und Schwenkglied 66' ist ferner mittels eines Führungsgelenkes 92 beweglich gelagert. Das Führungsgelenk 92 ermöglicht eine Translationsbewegung in der Toroidmittenebene, wie es in 7 bei 94 gezeigt ist. Ferner ermöglicht das Führungsgelenk 92 eine Rotations- bzw. Schwenkbewegung um eine Achse senkrecht zur Toroidmittenebene, wie es bei 96 gezeigt ist. Die Darstellung der 7 ist (wie die Darstellung der 4) dahingehend schematisiert, dass die Rolle 34 und das Führungsgelenk 92 um 90° versetzt dargestellt sind. Die richtige Anordnung dieser Elemente ist in 5 zu erkennen.
Eine durch das Kugelgelenk 90 ermöglichte Drehbewegung ist in 7 bei 98 gezeigt.
Bei dem Variator 26' der 5 bis 7 ist vorteilhaft, dass das Zylindergehäuse des Zylinders der Kolben/Zylinderanordnung 62 starr am Gehäuse 72 gelagert werden kann. Die verschiedenen Freiheitsgrade werden durch eine mehrteilige bzw. mehrgelenkige Führungsgelenkeinrichtung 70' eingerichtet. Die Führungsgelenkeinrichtung 70' beinhaltet bei dem Variator 26' zum einen das Kugelgelenk 90 und zum anderen das Führungsgelenk 92.
In 8 ist eine Abwandlung der in den 5 bis 7 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Variators gezeigt.
Bei der in 8 gezeigten Abwandlung ist ein Kugelgelenk 90'' unmittelbar an dem Kolben der Kolben/Zylinderanordnung 62'' vorgesehen. Bei der Ausführungsform der 5 bis 7 ist das Kugelgelenk 90 hingegen am Ende einer Kolbenstange 91 vorgesehen.
Die generelle Funktionsweise des erfindungsgemäßen Variators wird anhand der schematischen Darstellung in 9 noch einmal im Detail beschrieben.
Während bei einem Variator gemäß dem Stand der Technik, wie er in 10 gezeigt ist, aufgrund des Castorwinkels α eine unterschiedliche Normalkraft in den Kontaktellipsen der Rolle R bewirkt wird, wird dies bei dem erfindungsgemäßen Variator vermieden.
Durch die erfindungsgemäße Anlenkung der Rolle 34 mittels des Trägerbauteiles 63 wird ein Castorwinkel α eingerichtet, und gleichzeitig erfolgt die Abstützung von Tangentialkräften T der Kontaktellipsen in einer Richtung parallel zu diesen Tangentialkräften, wie es durch die Kraft F = 2 T in 9 gezeigt ist.
Demzufolge sind die Normalkräfte N auf beiden Seiten der Rolle 34 gleich groß.
Dies wird erreicht, indem die Kipp- bzw. Schwenkachsrichtung 51 von der Kolbenkraftrichtung bzw. der Stellachse 54 (Wirkrichtung des Stellgliedes 64) entkoppelt wird.
Hierdurch wird der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Variators verbessert, da nicht "überpresst" werden muss.
Es ergibt sich ein einfacher, kostengünstiger und Bauraum sparender Aufbau. Ferner sind unterschiedliche Arten der Anlenkung realisierbar.
Bei dem erfindungsgemäßen Variator erfolgt das Kippen der Rolle 34 um die Kipp- bzw. Längsachse 51 herum somit um eine nicht in der Toroidmittenebene liegende Achse. Damit ergibt sich ein stabiles Einpendeln der Rolle 34 (geometrische Bedingung). Ferner kann zur Wiederherstellung des Kräftegleichgewichts in Richtung der Tangentialkräfte T nach einem Aufbringen von ungleichen Tangentialkräften in den Kontaktellipsen in genau dieser – und nur in dieser – Richtung eine Gegenkraft aufgebaut werden, wobei diese Richtung der Stellachse 54 entspricht. Die beiden Normalkräfte N in den gegenüberliegenden Kontaktellipsen an der Rolle 34 sind somit betragsmäßig identisch. Die Anpresskraft F muss theoretisch den Wert der Tangentialkraft T geteilt durch den Traktionskoeffizienten nicht unbedingt überschreiten, um einen Traktionsverlust zu vermeiden. Die Anforderung an eine den Wirkungsgrad des Variators verschlechternde Überpressung entfällt.
Die Bedingung, dass der Mittelpunkt der Rolle 34 immer auf der Toroidmittenebene liegen muss, kann für kleine Bewegungen eingehalten werden, da die Führungsgelenkeinrichtung 70 (bzw. 70') diese Kinematik unterstützt. Die Führungsgelenkeinrichtung 70 kann ein- oder zweigeteilt sein.

Claims

Variator (26) für ein Toroidgetriebe (10), mit einer Antriebsscheibe (28) und einer Abtriebsscheibe (30), zwischen denen ein Toroidraum (32) eingerichtet ist, der eine Toroidmittenebene definiert, und wenigstens einer an einem Rollenträger (50) um eine Drehachse (52) drehbar gelagerten Rolle (34), die zur Drehmomentübertragung zwischen Antriebsscheibe (28) und Abtriebsscheibe (30) angeordnet ist, wobei die Rolle (34) ferner um eine Kippachse (51) kippbar gelagert ist, die mit der Toroidmittenebene einen Castorwinkel (α) größer als Null einschließt, wobei der Rollenträger (50) an einer Anlenkeinrichtung (56) gelagert ist, die einen Linearaktuator (62) aufweist, der entlang einer Stellachse (54) verstellbar ist, die in der Toroidmittenebene liegt, und wobei die Anlenkeinrichtung (56) ein Trägerbauteil (63) aufweist, das die relative Winkellage von Kippachse (51) und Stellachse (54) einrichtet und von dem Linearaktuator (62) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollenträger (50) um die Kippachse (51) herum kippbar an dem Trägerbauteil (63) gelagert ist.
Variator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerbauteil (63) ein in Richtung der Stellachse (54) ausgerichtetes Stellglied (64) aufweist, das starr mit einem Schwenkglied (66) verbunden ist, das gegenüber dem Stellglied (64) unter einem Schwenkwinkel (74) größer als Null abgewinkelt ist, wobei der Rollenträger (50) an dem Schwenkglied (66) um die Kippachse (51) kippbar gelagert ist.
Variator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkwinkel (74) kleiner gleich 90° ist.
Variator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenkglied (66) an seinem Ende ein Drehgelenk (68) aufweist, an dem der Rollenträger (50) um die Kippachse (51) kippbar gelagert ist.
Variator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlenkeinrichtung (56) so beweglich gelagert ist, dass der Mittelpunkt der Rolle (34) bei einer Betätigung des Linearaktuators (62) auf dem Toroidmittenkreis verbleibt.
Variator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlenkeinrichtung (56) mittels eines Kreisbahnführungsgelenkes (71; 90, 92) beweglich gelagert ist.
Variator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Führungsgelenkeinrichtung (70) zur Lagerung der Anlenkeinrichtung (56) ein einzelnes Gelenk (71) ist.
Variator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsgelenkeinrichtung (70) durch ein Gelenk (71) gebildet ist, das den Linearaktuator (62) an einem Gehäuse (72) lagert.
Variator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Führungsgelenkeinrichtung (70') zur Lagerung der Anlenkeinrichtung (56) durch zwei oder mehr Gelenke (90, 92) gebildet ist.
Variator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsgelenkeinrichtung (70') ein Kugelgelenk (90; 90'') aufweist, das den Abtrieb (91) des Linearaktuators (62') mit dem Trägerbauteil (63') verbindet.
Variator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsgelenkeinrichtung (70') ein Kugelgelenk (90; 90'') aufweist, das das Stellglied (64'; 64'') des Trägerbauteils (63'; 63'') mit dem Abtrieb (91) des Linearaktuators (62'; 62'') verbindet.
Variator nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsgelenkeinrichtung ein Führungsgelenk (92) aufweist, das an dem Trägerbauteil (63'; 63'') angreift und einen translatorischen Freiheitsgrad (76) in der Toroidmittenebene und einen rotatorischen Freiheitsgrad (78) um eine Achse senkrecht zu der Toroidmittenebene zulässt.