DE102004007789A1

DE102004007789A1 - Toroidgetriebe für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102004007789A1
Application number: DE200410007789
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Elser; Steffen Dipl.-Ing. Henzler; Recep Dipl.-Ing. Tevetoglu
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2005-09-08
Also published as: WO2005083300A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Toroidgetriebe mit einem stufenlosen Variator und einem mehrreihigen Planetensatz. DOLLAR A Üblicherweise ist zur Abstützung eines Stufenplaneten (62) gegenüber benachbarten Bauteilen (68, 72) eines Trägers eine axiale Abstützung, beispielsweise über Anlaufscheiben (74, 75), erforderlich. DOLLAR A Erfindungsgemäß verfügt der Stufenplanet (62) über Planeten (60, 61), welche mit einer Schrägverzahnung versehen sind. Die Schrägungswinkel beta¶1¶ und beta¶2¶ sind derart gewählt, dass sich die Axialkomponenten der Verzahnungskräfte am Stufenplanet (62) gerade aufheben. DOLLAR A Toroidgetriebe für Kraftfahrzeuge.

Description

Die Erfindung betrifft ein Toroidgetriebe für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der deutschen Patentschrift DE 101 21 042 C1 der Anmelderin ist ein Toroidgetriebe für ein Kraftfahrzeug bekannt, welches über einen stufenlosen Variator verfügt. Der Kraftfluss zwischen Variator und Getriebeausgangswelle verläuft über einen mehrreihigen Planetensatz, welcher mehrere Stufenplaneten besitzt. Bei den Stufenplaneten sind hier jeweils zwei Planeten antriebsfest miteinander verbunden.

Die Bauelemente des Toroidgetriebes sind im Betrieb mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt. Ursache der Beanspruchungen sind insbesondere zu übertragende Antriebsmomente, welche Radialkräfte, Axialkräfte, Biege- oder Torsionsmomente zur Folge haben. Eine andere Ursache für mechanische Beanspruchungen sind Normalkräfte, welche aufgebracht werden müssen zur Gewährleistung einer Anpresskraft eines Rollers an die Torusscheiben des Variators für eine Gewährleistung einer zuverlässigen Übertragung eines Antriebsmomentes im Variator.

Die vorgenannten Beanspruchungen haben zur Folge, dass Bauelemente wie Wellen, Zahnräder, Abstützelemente und Lagerungen entsprechend stark ausgebildet werden müssen. Weiterhin können die Beanspruchungen zu Verformungen von Bauelementen des Toroidgetriebes führen, welche die Funktion und/oder die Lebensdauer des Toroidgetriebes beeinträchtigen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Toroidgetriebe vorzuschlagen, welches hinsichtlich der mechanischen Beanspruchungen und der durch diese hervorgerufenen Verformungen verbessert ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.

Erfindungsgemäß verfügt der Stufenplanet über einen ersten Planeten sowie einen zweiten Planeten (weitere Planeten können selbstverständlich ebenfalls vorgesehen sein). Die Planeten besitzen jeweils eine Schrägverzahnung. Die Schrägverzahnungen haben unterschiedliche Schrägungswinkel β₁ und β₂. Erfindungsgemäß werden somit die Vorteile einer Schrägverzahnung wie erhöhte Laufruhe und/oder Tragfähigkeit genutzt. Durch die unterschiedlichen Schränkungswinkel β₁ und β₂ ist eine axiale Position des Stufenplaneten vorgegeben, auch wenn bei Stillstand des Kraftfahrzeuges die Planeten antriebsmomentfrei sind. Während des Betriebes des Kraftfahrzeuges wirken auf die Planeten infolge der Schrägverzahnung Axialkräfte. Die Schrägungswinkel β₁ und β₂ sind erfindungsgemäß derart angepasst, dass sich die auf den ersten Planeten sowie die auf den zweiten Planeten in Axialrichtung wirkenden Kräfte ungefähr aufheben. Auf diese Weise können Bauelemente zur Vorgabe und Festlegung der axialen Position des Stufenplaneten, beispielsweise Axiallager, für geringere Beanspruchungen ausgelegt werden oder gänzlich entfallen.

Die erfindungsgemäße Lösung verlässt die üblichen Wege des mit der hier vorliegenden Aufgabe und üblicherweise mit Toroidgetrieben betrauten Fachmannes, welcher den Druckschrif ten US 6,302,819 B1 , US 5,372,555 , US 6,306,059 B1 , US 6,616,564 B2 und US 6,517,461 B2 Anhaltspunkte zur Dimensionierung der in dem Toroidgetriebe wirkenden Kräfte entnehmen kann. Mit dem Vorteil einer gemäß der Erfindung erzielten vereinfachten Fertigung sowie u. U. einer verkürzten axialen Bauweise verlässt die Erfindung auch den in der Druckschrift US 5,807,203 beschrittenen weg, in den Verzahnungen auftretende Axialkräfte durch den Einsatz einer Pfeilverzahnung zu vermeiden. Die vorliegende Erfindung überträgt dabei einzelne aus den Druckschriften WO 99/67 168, DE-PS 1 157 049 und DE-OS 28 21 320 bekannte Merkmale auf das Technologiegebiet der Toroidgetriebe für Kraftfahrzeuge.

Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt für die Auslegung der Schrägungswinkel zunächst eine Ermittlung des Quotienten aus den Durchmessern des ersten Planeten sowie des zweiten Planeten. Der Quotient aus den vorgenannten Durchmessern entspricht hierbei ungefähr dem Quotienten des Tangens der zugeordneten Schrägungswinkel β₁ bzw. β₂. Hiermit ist eine einfache Überschlagsformel für die Auslegung gegeben.

Gemäß einer vorzugsweisen Ausgestaltung des Toroidgetriebes liegt der Quotient der Schrägungswinkel β₁/β₂ (bzw. der Durchmesser D₂/D₁) im Bereich zwischen 1,05 und 1,30. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass der vorgenannte Wertebereich ein Optimum hinsichtlich der Übersetzungsverhältnisse im Toroidgetriebe, der Laufruhe bzw. der Tragfähigkeit der Verzahnungen bildet. Beispielsweise beträgt zumindest einer der Schrägungswinkel β₁ und β₂ zwischen 10° und 24°.

Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung kämmt der zweite Planet des Stufenplaneten ausschließlich radial innen mit einem Sonnenrad, während der erste Planet radial innenliegend mit einem anderen Sonnenrad kämmt sowie radial außenliegend mit einem weiteren Getriebeelement. Je nach Schaltzustand des Toroidgetriebes kann der Kraftfluss vom zweiten Planet wahlweise zu dem anderen Sonnenrad, zu dem weiteren Getriebeelement und/oder gleichzeitig zu dem anderen Sonnenrad und dem weiteren Getriebeelement erfolgen. Erfindungsgemäß wird die Auslegung für einen automatisierten Ausgleich der Axialkräfte somit nicht nur an einen Getriebezustand oder einen Fahrbereich angepasst, sondern gleichermaßen für unterschiedliche Schaltzustände des Toroidgetriebes.

Vorzugsweise sind der Stufenplanet sowie der weitere Planet in einem gemeinsamen Träger, welcher ein- oder mehrstückig ausgebildet ist, gelagert. Hierdurch ergibt sich ein einfacher Aufbau bei kompakter und mechanisch optimierter Ausbildung.

Entsprechend einer besonderen Ausgestaltung des Toroidgetriebes verfügt der Träger über eine vordere, eine mittlere und eine hintere Tragebene. Die Tragebenen können hierbei beliebig ausgebildet sein, beispielsweise mittels grundsätzlich scheiben- oder ringförmiger Kontur, ggf. mit geeigneten Ausnehmungen oder mit geeigneten Streben. Entsprechend dieser Ausgestaltung ist der weitere Planet gegenüber der mittleren und/oder einer äußeren Tragebene (vordere oder hintere Tragebene) gelagert. Der Stufenplanet ist gegenüber der vorderen und/oder der hinteren Tragebene gelagert. Hierdurch ergibt sich eine Abstützung der Lagerkräfte axial eng benachbart zu den auftretenden Kräften, so dass sich geringe Abstützmomente bzw. geringe Radialkräfte ergeben. Es ist ebenfalls denkbar, dass der Stufenplanet alternativ oder zusätzlich in der mittleren Tragebene gelagert ist, so dass sich eine zusätzliche Abstützebene ergibt oder aber eine äußere Tragebene entfallen kann. Es ist ebenfalls denkbar, dass der weitere Planet anstelle in der mittleren Tragebene in der vorderen und hinteren Tragebene abgestützt ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind in dem Toroidgetriebe die mittlere Tragebene und die an den weiteren Planeten angrenzende äußere Tragebene über Verbindungsstege miteinander verbunden, welche für eine steife Ausbildung des Trägers, insbesondere zur Aufnahme von Axialkräften, von Radialkräften und von Momenten. Eine Erhöhung der Steifigkeit und/oder die Ermöglichung einer geringeren Dimensionierung der Verbindungsstege ergibt sich, wenn die Verbindungsstege radial außenliegend oder gleichmäßig in Kraftflussrichtung verteilt angeordnet sind. Erfindungsgemäß wird ein ohnehin vorhandener Zwischenraum zwischen mehreren weiteren Planeten genutzt, da Verbindungsstege in Umfangsrichtung zwischen mehreren weiteren Planeten angeordnet sind.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die mittlere Tragebene und die nicht an den weiteren Planeten angrenzende äußere Tragebene über Verbindungsbereiche miteinander verbunden, die über eine ungefähr zylinderförmige oder konusförmige Mantelfläche verfügen. Mittels einer konusförmigen Mantelfläche können unterschiedliche Durchmesserbereiche der mittleren Tragebene sowie der äußeren Tragebene auf einfache Weise miteinander verbunden werden, wobei sich eine optimale Steifigkeit ergibt. Die zylinderförmige oder konusförmige Mantelfläche stellt auch hinsichtlich des erforderlichen Bauraumes ein Optimum dar. Die Mantelfläche besitzt im Bereich des Stufenplaneten eine radiale Ausnehmung. Die radiale Ausnehmung ermöglicht eine Montage des Stufenplaneten in zumindest teilweise radialer Richtung. Entsprechend dieser Ausgestaltung ist bei einfacher Montagemöglichkeit eine besonders steife Ausbildung des Trägers ermöglicht.

Entsprechend einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist eine axiale Montage des Stufenplaneten ermöglicht. Hierzu ist die an den weiteren Planeten angrenzende, äußere Tragebene separat von weiteren Bauteilen des Trägers ausgebildet. Wird die äußere Tragebene von dem Träger entfernt, so ist ein axiales Einschieben des Stufenplaneten von der Seite der entfernten äußeren Tragebene möglich, wobei der Stufenplanet durch die mittlere Tragebene hindurch bis zur gegenüber liegenden äußeren Tragebene in diese einschiebbar ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Toroidgetriebes ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Toroidgetriebes wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt:
1 einen Räderplan einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Toroidgetriebes im Längsschnitt,
2 eine Detaildarstellung für den in 1 dargestellten Räderplan mit einem Stufenplanet und einem Träger im Längsschnitt,
3 eine Detaildarstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung mit einem Stufenplaneten, einem weiteren Planeten und einem Träger in räumlicher Darstellung und
4 bis 7 verschiedene Ansichten einer alternativen Ausgestaltung eines Trägers für einen Einsatz in einem Toroidgetriebe.
Das erfindungsgemäße Toroidgetriebe findet Einsatz in Kraftfahrzeugen, insbesondere mit Standardantrieb.
Im Kraftfluss zwischen einer zentralen Eingangswelle 10 und einer koaxialen Ausgangswelle 11 ist ein stufenloses Toroidgetriebe 12 angeordnet, welches ein Planetenräder-Summengetriebe 13 und ein Planetenräder-Umkehrgetriebe 22 besitzt. Koaxial und bewegungsfest zur Eingangswelle 10 ist eine zentrale Zwischenwelle 14 vorgesehen, welche mit der einen zentralen Antriebsscheibe 15 des nach dem Zwei-Kammer-Prinzip ausgebildeten Variators 99 sowie mit einem ein erstes Getriebeglied des Summengetriebes 13 bildenden, zweistegigen Planetenträger 16 bewegungsfest verbunden ist. Der Planetenträger 16 ist zur Ermöglichung des koaxialen Leistungsdurchganges zusätzlich mit der anderen zentralen Antriebsscheibe 15a des Variators 99 bewegungsfest verbunden. Koaxial zur Eingangswelle 10 und konzentrisch zur zentralen Zwischenwelle 14 ist eine konzentrische Zwischenwelle 17 angeordnet, welche die beiden zentralen Abtriebsscheiben 18, 18a des Variators 99 mit einem ein zweites Getriebeglied des Summengetriebes 13 bildenden, inneren Zentralrad 19 drehfest verbindet.
Das Summengetriebe 13 weist ein drittes Getriebeglied in Form eines äußeren Zentralrades 20 auf, wobei eine mittelbare oder unmittelbare Antriebsverbindung 27 zwischen dem dritten Getriebeglied und der Ausgangswelle 11 durch ein erstes Schaltelement in Form einer Schaltkupplung (K1) für einen unteren Fahrbereich mit niedrigeren Fahrgeschwindigkeiten herstellbar ist.
Das Summengetriebe 13 weist ein viertes Getriebeglied in Form eines inneren Zentralrades 21 auf, wobei eine mittelbare Antriebsverbindung 39 zwischen dem vierten Getriebeglied und der Ausgangswelle 11 durch ein zweites Schaltelement in Form einer Schaltkupplung (K2) in einem oberen Fahrbereich mit höheren Fahrgeschwindigkeiten herstellbar ist.
Die Eingangswelle 10 ist unter Umgehung des Variators 99 durch Aktivierung eines dritten Schaltelementes in Form einer Schaltkupplung (K3) bei einem Übersetzungsverhältnis i=1 (Direktgang) mit der Ausgangswelle 11 in Antriebsverbindung bringbar.
Die Schaltkupplung (K3) für den Direktgang ist einerseits mit der zentralen Zwischenwelle 14 antriebsmäßig verbunden. Die Antriebsverbindung 27 ist über das Umkehrgetriebe 22 mit der Ausgangswelle gekoppelt. Die Schaltkupplung (K1) ist mit dem einen (hier Zentralrad 26a) von zwei äußeren Zentralrädern 26 und 26a des Umkehrgetriebes 22 drehfest verbunden. Das andere Zentralrad (hier Zentralrad 26) ist mit der Ausgangswelle 11 drehfest verbunden. Die Zentralräder 26, 26a liegen axial beiderseits eines radialen Abstützsteges 23a des Planetenträgers 23, durch welchen letzterer gegenüber einem nicht drehenden Gehäuseteil 31 des Getriebegehäuses undrehbar festgelegt ist. Am Planetenträger 23 sind Planeten 30 drehbar gelagert, deren zwei Zahnkränze jeweils mit einem der äußeren Zentralräder 26, 26a kämmen, welche gleiche Zähnezahlen aufweisen und daher die Übersetzung 1:1 zwischen Eingangswelle 10 und Ausgangswelle 11 zwangsläufig gewährleisten. Die Zahnkränze sind drehfest miteinander verbunden, so dass die Planeten 30 als Stufenplanet ausgebildet sind.
Der Planetenträger 16 weist Doppelplaneten 44 und einen mit der zentralen Zwischenwelle 14 drehfest verbundenen radialen Antriebssteg 49 auf. Die Doppelplaneten 44 bestehen aus je einem Haupt- und Nebenplaneten 45 und 46, welche miteinander kämmen und im folgenden auch als erster Planet 60 und weiterer Planet bezeichnet sind. Die Hauptplaneten 45 weisen einen auf der dem Toroidgetriebe 12 abgewandten Seite des Antriebssteges 49 liegenden ersten Zahnkranz 47 und einen auf der dem Toroidgetriebe 12 zugewandten Seite des Antriebssteges 49 liegenden zweiten Zahnkranz 48 auf. Die Zahnkränze 47, 48 sind drehfest miteinander verbunden, so dass der Hauptplanet 45 als Stufenplanet ausgebildet ist. Die Nebenplaneten 46 kämmen mit dem äußeren Zentralrad 20. Bei den Hauptplaneten 45 kämmen der erste Zahnkranz 47 mit dem inneren Zentralrad 21 und der zweite Zahnkranz 48 mit dem inneren Zentralrad 19.
Die Zahnkränze 47 und 48 der Hauptplaneten 45 haben ungleiche Zähnezahlen, wobei Zahnkranz 47 die größere Zähnezahl aufweist. Für unterschiedliche Betriebsbereiche des dargestellten Toroidgetriebes erfolgt ein Kraftfluss zwischen Eingangswelle 10 und Ausgangswelle 11 folgendermaßen:
Durch eine Geared-Neutral-Funktion ist beim Anfahrvorgang mit eingerückter, erster Schaltkupplung (K1) bei ausgerücktem Zustand der zweiten Schaltkupplung (K2) und der dritten Schaltkupplung (K3) die jeweilige Drehzahl der Ausgangswelle 11 und der an die Schaltkupplung (K1) unmittelbar angebundenen Getriebeglieder zunächst gleich Null und die Teilübersetzung im Variator 99 auf einen vorbestimmten Wert eingestellt.
In dem sich anschließenden, unteren Fahrbereich mit niedrigeren Drehzahlen der Ausgangswelle 11 bleibt die erste Schaltkupplung (K1) eingerückt. Die Leistung fließt bei Vorwärtsfahrt über den direkten Pfad der zentralen Zwischenwelle 14 zum Summengetriebe 13, wird verzweigt, wobei ein Teil über die erste Schaltkupplung (K1) zur Ausgangswelle 11 fließt und der andere Teil über den Variator 99 zur Zwischenwelle 14 bzw. zum Planetenträger des Summengetriebes zurückfließt. In der Getriebeanordnung tritt somit Umlaufleistung auf, die Leistung in mindestens einem der Pfade ist höher als die Getriebeeingangsleistung.
Für den Fahrbereichswechsel ist ein Synchron-Punkt einregelbar, bei welchem die Differenzdrehzahl an der zweiten Schaltkupplung (K2) ungefähr Null ist, so dass ein ruckfreier Antriebswechsel von der ersten Schaltkupplung (K1) auf die zweite Schaltkupplung (K2) ermöglicht ist. In diesem oberen Fahrbereich wird die Getriebeeingangsleistung im allgemeinen auf zwei parallele Pfade aufgeteilt, so dass der Leistungsanteil in beiden Pfaden (Variator 99 einerseits und zentrale Zwischenwelle 14 andererseits) kleiner ist als die Getriebeeingangsleistung. Umlaufleistung tritt nicht auf.
Ebenso ist ein weiterer Synchron-Punkt einregelbar, wenn sich die Wechselgetriebe-Anordnung in der Stellung mit konstanter Gesamtübersetzung befindet, d.h., die dritte Schaltkupplung (K3) ist eingerückt. Somit ist auch der Antriebswechsel von der Schaltkupplung (K3) auf die Schaltkupplung (K2) des oberen Fahrbereiches ruckfrei durchführbar.
Hinsichtlich weiterer Ausgestaltungen des Kraftflusses, der Schaltelemente sowie des Räderplanes wird vollumfänglich auf die Druckschrift DE 101 21 042 C1 der Anmelderin verwiesen.
Zahnkranz 47 wird von einem ersten Planeten 60 gebildet und Zahnkranz 48 von einem zweiten Planeten 61. Die Planeten 60, 61 sind drehfest zueinander verbunden zu einem Stufenplaneten 62.
In einer ersten Ebene 63 kämmt der erste Planet 60 radial innenliegend mit dem inneren Zentralrad 21 und radial außenlie gend mit dem Nebenplaneten 46. In einer zweiten Ebene 64 kämmt der zweite Planet 61 radial innenliegend mit dem inneren Zentralrad 19. Die zweite Ebene 64 ist axial zwischen dem Variator 99 und der ersten Ebene 63 angeordnet.
Zwischen den Ebenen 63, 64 ist eine mittlere Tragebene 65 angeordnet, welche den Planetenträger 16 und den Antriebssteg 49 (zumindest teilweise) beinhaltet. Zwischen Variator 99 und zweiter Ebene 64 ist eine vordere Tragebene 66 angeordnet, während auf der dem Variator 99 abgewandten Seite der Ebene 63 eine hintere Tragebene 67 angeordnet ist.
Die Tragebene 66 ist mit einem Kreisringkörper 68 gebildet (2). An dem Kreisringkörper 68 stützt sich der Variator 99 in axialer Richtung ab. Der Kreisringkörper verfügt radial außenliegend über einen in Richtung des Variators 99 weisenden Ansatz 69. Gegenüber dem Ansatz 69 ist axial verschieblich die Torusscheibe 15a abgestützt. Die zum Variator 99 weisende Stirnfläche des Kreisringkörpers 68 begrenzt einen Arbeitsraum, über welchen die Torusscheibe 15a gegen den Roller gepresst werden kann. Hinsichtlich der Anbindung und des funktionalen Zusammenwirkens des Kreisringkörpers 68 und der Torusscheibe 15a wird vollumfänglich auf die Druckschriften DE 102 06 204 A1 , DE 101 32674 A1 verwiesen, welche hiermit zum Gegenstand der Anmeldung gemacht wird.
Der Antriebssteg 49 ist mit einem Scheibenkörper 70 gebildet, welcher radial nach innen gerichtete Ausnehmungen 71 oder aber eine axiale Bohrung aufweisen, in welche der Stufenplanet 62 von außen eingesetzt werden kann bzw. durch welche der Stufenplanet 62 in axialer Richtung für eine Montage eingeschoben werden kann.
Die Tragebene 67 wird mit einem Kreisringkörper 72 gebildet. Der Innendurchmesser der Kreisringkörper 68, 72 ist so gewählt, dass diese zu Montagezwecken in axialer Richtung über die Zwischenwelle und ggf. die Zentralräder 19, 21 verschiebbar sind. Die Tragebenen 66, 67, die Kreisringkörper 68, 72 und der Scheibenkörper 70 sind ungefähr parallel zueinander und quer zur Längsachse der Zwischenwelle 14 orientiert.
Die Planeten 60, 61 sind von einem in 2 gestrichelt dargestellten Planetenbolzen 73 gehalten. Der Planetenbolzen 73 stützt sich über axiale Bohrungen der Kreisringkörper 68, 72 ab. Der Stufenplanet 62 ist drehbar gegenüber den Kreisringkörpern 68, 72 gelagert. Hierbei kann zwischen den Planeten 60, 61 und dem Planetenbolzen 73 oder aber zwischen Planetenbolzen 73 und den Kreisringkörpern 68, 72 eine Gleitlagerung oder eine Wälzlagerung vorgesehen sein. Bei einer axialen Verschieblichkeit des Stufenplaneten 62 gegenüber dem Planetenbolzen 73 oder der gesamten Einheit Stufenplanet 62 mit Planetenbolzen 73 gegenüber den Kreisringkörpern 68, 72 sind zwischen einander zugewandten Stirnflächen des ersten Planeten 60 und des Kreisringkörpers 72 sowie des zweiten Planeten 61 und Kreisringkörper 68 Axiallager oder Anlaufscheiben 74, 75 zwischengeschaltet. Die Anlaufscheiben 74, 75 sind vorzugsweise aus mindestens einem der Materialien Stahl, Messing oder Bronze gefertigt. Diese können eben oder mit beliebiger Kontur, beispielsweise mit Taschen zur Aufnahme eines Schmiermittels, ausgebildet sein. Die Anlaufscheiben 74, 75 sind separat von den umliegenden Bauteilen oder einstückig mit diesen, beispielsweise als Vorsprung eines Planeten oder des Kreisringkörpers 68, 72 ausgebildet. Der Antriebssteg 49 ist ein- oder mehrstückig mit der Zwischenwelle 14 ausgebildet. Vorzugsweise ist der Antriebssteg 49 mit der Zwischenwelle 14 verschweißt (abweichend zu 2).
Die Zentralräder 19, 21 und die Planeten 60, 61 sind schrägverzahnt. Der Schrägungswinkel des Zentralrades 19 sowie des zweiten Planeten 61 beträgt β₂, während der Schrägungswinkel des Zentralrades 21 sowie des ersten Planeten 60 β₁ beträgt. Die spitzen Winkel β₁ und β₂ sind für die Planeten 60, 61 gemäß der Zeichnung 2 vorzugsweise in Richtung des Variators 99 geöffnet. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser D₁ des ersten Planeten 60 größer als der Durchmesser D₂ des zweiten Planeten 61. Der Schrägungswinkel β₁ ist kleiner als der Schrägungswinkel β₂.
Die Schrägungswinkel β₁, β₂ liegen vorzugsweise im Bereich zwischen 10° und 24°. Für eine überschlagsmäßige Bestimmung der Schrägungswinkel gilt folgende Beziehung: tan(β2)/tan(β1) = D2/D1 wobei als bevorzugter Wertebereich für die Schrägungswinkel gilt: tan(β2)/tan(β1) = 1,05... 1,30.
Gemäß 3 sind der Kreisringkörper 68 und der Scheibenkörper 70 radial außenliegend über eine zylinderförmige Mantelfläche 76 verbunden. In die Mantelfläche 76 sind im Bereich der Ausnehmungen 71 aus dem Scheibenkörper 70 Ausnehmungen 77 aus der Mantelfläche 76 eingebracht, welche sich vollständig zwischen dem Scheibenkörper 70 und dem Kreisringkörper 68 in axialer Richtung erstrecken oder beabstandet von dem Kreisringkörper 68 (vgl. 3) enden. Gemäß 3 ist eine Ausnehmung 77 mit halbkreisförmiger Kontur gewählt.
Zwischen dem Scheibenkörper 70 und dem Kreisringkörper 72 kämmt der erste Planet 60 mit dem Nebenplaneten 46, wobei der erste Planet 60 und der Nebenplanet 46 in Umfangrichtung ungefähr derart nebeneinanderliegend angeordnet sind, dass der Nebenplanet 46 radial (geringfügig) weiter von der Zwischenwelle 14 beabstandet ist als der erste Planet 60. Der Nebenplanet 46 stützt sich über einen Planetenbolzen 78 ab, welcher wiederum gegenüber dem Kreisringkörper 72, dem Scheibenkörper 70 und/oder dem Kreisringkörper 68 abgestützt ist, wobei ein Drehfreiheitsgrad des Nebenplaneten 46 um die Längsachse des Planetenbolzens 78, beispielsweise mittels eines Wälzlagers oder eines Gleitlagers, gewährleistet ist. In dem sich zwischen derartigen Paaren aus Planet 60 und Nebenplanet 46 ergebenden Zwischenraum sind radial außenliegend Verbindungsstege 79 angeordnet, welche fest den Scheibenkörper 70 mit dem Kreisringkörper 72 verbinden. Mit dem Kreisringkörper 68, dem Ansatz 69, dem Scheibenkörper 70, dem Kreisringkörper 72, der Mantelfläche 76 und den Verbindungsstegen 79 ist ein- oder mehrstückig ein als starres und möglichst steifes Bauteil ausgebildeter Träger 80 geschaffen.
Dadurch, dass – abweichend zu der Druckschrift DE 101 21 042 C1 – die weite Ebene 64 zwischen der ersten Ebene 63 und dem Variator 99 angeordnet ist, kann das äußere Zentralrad 20 axial kürzer gebaut sein. Hierdurch verringert sich die Trägheit des äußeren Zentralrades 20. Die Hebelarme der an dem äußeren Zentralrad 20 wirkenden Verzahnungskräfte werden geringer.
Die Gefahr eines Verkippens des äußeren Zentralrades wird ebenfalls verringert.
Der Kreisringkörper 68 ist hohen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt, insbesondere durch in axialer Richtung wirkende Anpresskräfte zwischen Torusscheibe 15a und Roller. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Trägers 80 werden die hierdurch hervorgerufenen Deformationen des Trägers 80 gering gehalten. Dies hat Vorteile für die Beanspruchungen der Bauteile, insbesondere des Kontaktbereiches zwischen der Torusscheibe 15a und dem Kreisringkörper 68, deren Verschleiß und Ermüdung gering gehalten wird, wodurch die Lebensdauer des Getriebes erhöht ist. Eine derart steife Ausbildung wird vorzugsweise durch eine möglichst gleichmäßige Materialverteilung im Bereich der Mantelfläche 76 erreicht, wobei die Größe der Ausnehmungen 77 möglichst gering gehalten ist.
Für das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel lässt sich der Stufenplanet 62 aus radialer Richtung bzw. schräg von oben in die Ausnehmung 77 einsetzen. Die Ausnehmung 77 verfügt vorzugsweise über einen großen Radius, um Kerbspannungen niedrig zu halten. Wird der Stufenplanet 62 und ggf. der Nebenplanet 46 in axialer Richtung von der dem Variator 99 abgewandten Seite montiert, so können die Ausnehmungen 77 vollständig entfallen. Für eine derartige Montage ist es vorteilhaft, wenn der Kreisringkörper 62 über eine lösbare Verbindung mit weiteren Bauteilen des Trägers 80 verbunden ist.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn die Mantelfläche 76 teilkonusförmig ausgebildet ist, wobei sich der Konus in Richtung des Variators 99 öffnet. Für den Fall, dass sich der Nebenplanet 46 (abweichend zur 3) gegenüber dem Kreisringkörper 68 und dem Kreisringkörper 72 abstützt, kann die mittlere Tragebene 65 mit dem Scheibenkörper 70 entfallen, wobei sich in diesem Fall zumindest einer der Kreisringkörper 68, 72 drehfest gegenüber der Zwischenwelle 14 abstützen muss.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ergibt sich eine erhöhte Lebensdauer. Es kommt zu einer verringerten Neigung zur Pitting-Bildung, zu einer verringerten Neigung zu einem Fressen oder zu anderen Ausfallerscheinungen. Die Drehmomentkapazität des Variators 99 und damit des Getriebes kann erhöht werden. In Folge der geringeren Deformationen ergibt sich unter Umständen ein geringerer Ölbedarf in der hydraulischen Anpressvorrichtung bei einer Druckerhöhung. Weiterhin ist eine höhere Steifigkeit und Festigkeit des Trägers 80 bei geringerem Gewicht sowie geringerer Trägheit gewährleistet. Gegenüber einreihigen Planetensätzen ist eine Reduzierung der Standgetriebeübersetzung bei vergleichbaren Drehzahlen an den Planeten sowie bei vergleichbarem Bauraum möglich. Die vorgenannte Erhöhung der Standgetriebeübersetzung bewirkt eine Erhöhung des Abtriebsmomentes.
Bei dem in den 4 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiel des Trägers 80 ist der Außendurchmesser des die mittlere Tragebene bildenden Scheibenkörpers 70 mit kleinerem Durchmesser ausgebildet als die Kreisringkörper 68, 72. Die Verbindungsstege 76, 79 sind in diesem Fall konusförmig ausgebildet.

Claims

Toroidgetriebe für ein Kraftfahrzeug mit einem stufenlosen Variator (99) und einem mehrreihigen Planetensatz (13), welcher mindestens einen Stufenplaneten (62) besitzt, bei dem zwei Planeten (60, 61) antriebsfest miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass – ein erster Planet (60) eine Schrägverzahnung mit einem Schrägungswinkel β₁ aufweist, – ein zweiter Planet (61) eine Schrägverzahnung mit einem Schrägungswinkel β₂ aufweist und – die Schrägungswinkel β₁, β₂ derart vorgegeben sind, dass sich die auf den ersten Planeten (60) sowie den zweiten Planeten (61) in Axialrichtung wirkenden Kräfte ungefähr aufheben.
Toroidgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient aus den Tangensfunktionen der Schrägungswinkel β₂ und β₁ ungefähr dem Quotienten aus den Durchmessern der Planeten D₂ und D₁ entspricht.
Toroidgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient der Schrägungswinkel β₂/β₁ bzw. der Durchmesser D₂/D₁ im Bereich zwischen 1,05 und 1,30 liegt.
Toroidgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schrägungswinkel β₁ und/oder β₂ zwischen 10° und 24° beträgt.
Toroidgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Planet (61) des Stufenplaneten (62) ausschließlich radial innen mit einem Sonnenrad (inneres Zentralrad 19) kämmt und der erste Planet (60) radial innenliegend mit einem anderen Sonnenrad (inneres Zentralrad 21) kämmt sowie radial außenliegend mit einem weiteren Getriebeelement.
Toroidgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Getriebeelement ein weiterer Planet (Nebenplanet 46) ist, welcher mit dem ersten Planeten (60) einen Doppelplaneten bildet.
Toroidgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenplanet (62) sowie der weitere Planet (Nebenplanet 46) in einem gemeinsamen Träger (80) gelagert sind.
Toroidgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (80) über eine vordere, eine mittlere und eine hintere Tragebene (66, 65 und 67) verfügt, wobei – der weitere Planet (Nebenplanet 46) gegenüber der mittleren Tragebene (65) und/oder einer äußeren Tragebene (66;67) gelagert ist und – der Stufenplanet (62) gegenüber der vorderen Tragebene (66) und/oder der hinteren Tragebene (67) gelagert ist.
Toroidgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Tragebene (65) und die an den weiteren Planeten (Nebenplanet 46) angrenzende äußere Tragebene (hintere Tragebene 67) über Verbindungsstege (79) miteinander verbunden sind, welche in Umfangsrichtung zwischen mehreren weiteren Planeten (Nebenplaneten 46) angeordnet sind.
Toroidgetriebe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Tragebene (65) und die nicht an den weiteren Planeten (Nebenplanet 46) angrenzende äußere Tragebene (vordere Tragebene 66) über Verbindungsbereiche mit zylinderförmiger oder konusförmiger Mantelfläche (76) miteinander verbunden sind, welche im Bereich der Stufenplaneten (62) über radiale Ausnehmungen (77) verfügen, welche eine Montage des Stufenplaneten (62) in radialer Richtung ermöglichen.
Toroidgetriebe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Tragebene (65) und die nicht an den weiteren Planeten angrenzende äußere Tragebene (66) über einen Verbindungsbereich mit zylinderförmiger oder konusförmiger Mantelfläche (76) miteinander verbunden sind und die an den weiteren Planeten (Nebenplanet 46) angrenzende äußere Tragebene (67) separat von weiteren Bauteilen des Trägers (80) ausgebildet ist, so dass eine axiale Montage des Stufenplaneten (62) in dem Träger (80) ermöglicht ist.
Toriodgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Tragebene (67) und der Verbindungssteg (79) einstückig ausgebildet sind.
Toriodgetriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Tragebene (67) und der Verbindungssteg (79) aus einem Blech gefertigt sind.
Toriodgetriebe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Tragebene (67) und der Verbindungssteg (79) mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere einer Schweißung, mit der mittleren Tragebene (65; Scheibenkörper 70) verbunden sind.