DE102005037922A1 - Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, Verfahren zu dessen Herstellung sowie Fahrzeug mit einem derartigen Getriebe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Automatgetriebe in Form eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes mit verbesserter Akustik.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Automatgetriebe in Form eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes, wie es beispielsweise aus der DE 10 2004 015 215 und weiteren Veröffentlichungen bekannt ist, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung und ein damit ausgerüstetes Fahrzeug.
• Automatgetriebe im weiteren Sinne sind Kennungswandler, deren momentane Übersetzung sich selbständig in Abhängigkeit von momentanen oder zu erwartenden Betriebszuständen, wie zum Beispiel Teillast, Schub und Umgebungsparameter, wie zum Beispiel Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, stufenweise oder stufenlos verändert. Zu ihnen gehören solche Kennungswandler, die auf einem elektrischen, pneumatischen, hydrodynamischen, hydrostatischen Prinzip oder auf einem aus diesen Prinzipien gemischten Prinzip beruhen.
• Die Automatisierung bezieht sich auf die verschiedensten Funktionen, wie zum Beispiel das Anfahren, die Übersetzungswahl, die Art der Übersetzungsveränderung bei verschiedene Betriebssituationen, wobei unter Art der Übersetzungsveränderung zum Beispiel das Schalten von einzelnen Stufen nacheinander, das Überspringen von Schaltstufen und die Geschwindigkeit der Verstellung verstanden werden kann.
• Der Wunsch nach Komfort, Sicherheit und vertretbarem Bauaufwand bestimmt den Automatisierungsgrad d. h. wie viele Funktionen selbständig ablaufen.
• In der Regel kann der Fahrer manuell in den automatischen Ablauf eingreifen oder ihn für einzelne Funktionen begrenzen.
• Automatgetriebe im engeren Sinne, wie sie heute vor allem im Fahrzeugbau verwendet werden, haben in der Regel folgenden Aufbau:
  Auf der Antriebsseite des Getriebes befindet sich eine Anfahreinheit in Form einer regelbaren Kupplung, zum Beispiel einer nassen oder trockenen Reibungskupplung, einer hydrodynamischen Kupplung oder einem hydrodynamischen Wandler.
• Zu einem hydrodynamischen Wandler wird häufig eine Überbrückungskupplung parallel zum Pumpen- und Turbinenteil geschaltet, welche durch direkte Kraftübertragung den Wirkungsgrad steigert und durch definierten Schlupf bei kritischen Drehzahlen die Schwingung dämpft.
• Die Anfahreinheit treibt ein mechanisches, stufenloses oder gestuftes Wechselgetriebe an, das eine Vorwärts-/Rückwärtsfahreinheit, eine Haupt-, Bereichs-, Splitgruppe und/oder einen Variator enthalten kann. Zahnradgetriebegruppen werden, je nach Anforderungen an Laufruhe, Platzverhältnisse und Übertragungsmöglichkeiten, in Vorgelege- oder Planetenbauweise mit Gerad- oder Schrägverzahnung ausgelegt.
• Das Ausgangselement des mechanischen Getriebes, eine Welle oder ein Zahnrad, treibt direkt oder indirekt über Zwischenwellen bzw. eine Zwischenstufe mit einer konstanten Übersetzung auf ein Differentialgetriebe, das als separates Getriebe gestaltet sein kann oder ein integrierter Bestandteil des Automatgetriebes ist. Grundsätzlich eignet sich das Getriebe für Längs- und Quereinbau im Fahrzeug.
• Zur Verstellung der Übersetzung im mechanischen Getriebe sind hydrostatische, pneumatische und/oder elektrische Stellglieder vorgesehen. Eine Hydraulikpumpe, die nach dem Verdrängungsprinzip arbeitet, liefert Drucköl für die Anfahreinheit, insbesondere die hydrodynamische Einheit, für die hydrostatischen Stellelemente des mechanischen Getriebes und für die Schmierung und Kühlung des Systems. Je nach erforderlichem Druck und Fördervolumen kommen Zahnradpumpen, Schraubenpumpen, Flügelzellenpumpen und Kolbenpumpen, letztere meistens in radialer Bauart, in Frage. In der Praxis haben sich Zahnradpumpen und Radialkolbenpumpen für diesen Zweck durchgesetzt, wobei die Zahnradpumpen wegen ihres geringen Bauaufwandes und die Radialkolbenpumpe wegen des höheren Druckniveaus und der besseren Regelbarkeit Vorteile bieten.
• Die Hydraulikpumpe kann an einer beliebigen Stelle des Getriebes an einer ständig von der Antriebseinheit angetriebenen Haupt- oder Nebenwelle angeordnet sein.
• Es sind stufenlose Automatgetriebe bekannt, bestehend aus einer Anfahreinheit, einem Planetenwendegetriebe als Vorwärts-/Rückwärtsfahreinheit, einer Hydraulikpumpe, einem Variator, einer Zwischenwelle und einem Differential. Der Variator wiederum besteht aus zwei Kegelscheibenpaaren und einem Umschlingungsorgan. Jedes Kegelscheibenpaar besteht aus einer in axialer Richtung verschiebbaren zweiten Kegelscheibe. Zwischen diesen Kegel scheibenpaaren läuft das Umschlingungsorgan, zum Beispiel ein Schubgliederband, eine Zugkette oder ein Riemen. Über die Verstellung der zweiten Kegelscheibe ändert sich der Laufradius des Umschlingungsorgans und somit die Übersetzung des stufenlosen Automatgetriebes.
• Stufenlose Automatgetriebe erfordern ein hohes Druckniveau, um die Kegelscheiben des Variators in allen Betriebspunkten mit der gewünschten Geschwindigkeit verstellen zu können und außerdem mit einem genügenden Basisanpressdruck weitgehend verschleißfrei das Drehmoment zu übertragen.
• Bei Kraftfahrzeugen ist der Komfortbedarf im Allgemeinen sehr hoch, speziell auch im Hinblick auf die Akustik. Der Fahrzeugführer und die Insassen wünschen insbesondere bei Kraftfahrzeugen der gehobenen Kategorie keine störenden Geräusche, die aus dem Betrieb der Aggregate des Kraftfahrzeuges entstehen. Der Verbrennungsmotor und auch andere Aggregate wie Getriebe erzeugen jedoch Geräusche, die weitestgehend als störend empfunden werden könnten. So kann es beispielsweise bei stufenlos einstellbaren Getrieben bei der Verwendung einer Laschenkette zu einem Geräusch kommen, da eine solche Laschenkette bedingt durch ihren Aufbau mit Laschen und Bolzen im Betrieb des Getriebes einen sich wiederholenden Schlag durch das Auftreffen der Bolzen auf die Kegelscheiben des Getriebes erzeugt. Akustische Effekte werden bei CVT-Getrieben in der Regel diesen Pineinlauf („impact") als Anregung zugeschrieben. Diese akustische Anregung erzeugt dann Resonanzen bei den Eigenfrequenzen des Getriebegehäuses (FE-Moden) oder der Wellen (torsionale Moden, Biegemoden).
• Ein weiterer akustischer Effekt geht von der CVT-Kette aus, die im gespannten Strang bzw. Trum wie eine Seite schwingen kann, was z. B. durch eine Gleitschiene behinderbar ist. Torsionale Reibschwingungen sind beispielsweise als Rupfen bei Frequenzen von 10 Hz von Kupplungen her bekannt. Wenn der Reibwertverlauf unter Schlupfänderung derart ist, dass der Reibwert abfällt, wird Rupfen angeregt. Hierbei ist bei Automatgetrieben primär der Stahl-Papier-Reibwert relevant.
• Eine der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe liegt darin, die Akustik eines derartigen Getriebes zu verbessern und somit den Komfort insbesondere den Geräuschkomfort eines mit einem derartigen Getriebe ausgerüsteten Fahrzeugs zu verbessern. Eine weitere der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe liegt darin, nach der Analyse hochfrequenter, starker CVT-Schwingungen und der damit zusammen hängenden Klärung der entsprechenden Wirkmechanismen, geeignete Gegenmaßnahmen darzustellen, um diese Schwingungen, die vorwiegend im akustischen Bereich in der Größenordnung von 400-600 Hz liegen, zu minimieren oder möglichst zu unterbinden. Eine weitere Teilaufgabe der Erfindung liegt darin, die Betriebsfestigkeit von Bauteilen zu erhöhen und somit die Lebensdauer eines derartigen Automatgetriebes zu verlängern. Eine weitere Teilaufgabe der Erfindung liegt darin begründet, die Drehmomentübertragungsfähigkeit eines derartigen Getriebes zu erhöhen bzw. größere Kräfte durch die Bauteile des Getriebes übertragen zu können. Außerdem – so eine weitere Teilaufgabe – soll ein derartiges Getriebe wirtschaftlich gefertigt werden können.
• Die Aufgabenteile werden durch die in den Ansprüchen dargelegte sowie in der Beschreibung auch in Zusammenhang mit den Figuren erläuterte Erfindung mit deren Weiterbildungen gelöst.
• Aus der Analyse ergibt sich ein simulatorisches Verständnis der Art der Schwingungsform, bei der es sich um eine Bewegung der Kette in der Umschlingung gekoppelt mit einem Kippen und/oder Biegen der jeweiligen Wegscheibe handelt. Bestimmend für die Frequenz der Schwingungen sind zunächst die Kettenmasse und die gesamte Kipp- und Biegesteifigkeit der Wegscheiben. Diese Steifigkeit versteht sich einschließlich der Tellerung der Scheiben in sich, dem Verkippen der Scheiben, der Durchbiegung der Wellen infolge deren Elastizität und der Schrägstellung der Wellen infolge unterschiedlicher Lagersteifigkeiten. Weiterhin sind das Reibwertniveau und der Reibwertverlauf sowie die Drehzahl und die Übersetzung Frequenz bestimmend.
• Diese Erkenntnisse sind insofern überraschend, da Schwingungen der Kette im Umschlingungsbogen, also während ihrer Einspannung im Scheibensatz, bislang nicht beschrieben sind und auch der bisher vertretenen Meinung, dass in den Bögen der Reibkontakt zu den Kegelscheiben solche Schwingungen hemmt, widerspricht.
• Auch ein Einfluss des CVT-Öls auf derartige Reibschwingungen ist bislang nicht beschrieben, so dass diese Öle bisher lediglich auf hohen und zeitlich stabilen Reibwert sowie geringen Verschleiß entwickelt wurden.
• Es ist zwar bekannt, dass bei den verschiebbaren CVT-Kegelscheiben (Wegscheiben) ein Kippspiel zwischen Welle und Wegscheibe einen Einfluss auf den Wirkungsgrad hat, jedoch sind bisher keine schwingenden Biege-, Kipp- oder Taumelbewegungen der Wegscheiben beschrieben.
• Zur Lösung des Problems kann es deshalb erforderlich sein, mehr als einen der beeinflussbaren Parameter zu berücksichtigen und so z. B. bestimmte Eigenschaften des Öls mit bestimmten mechanischen Ausgestaltungen zu kombinieren.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe mit antriebsseitigen und abtriebsseitigen Kegelscheibenpaaren, die jeweils eine Festscheibe und eine Wegscheibe aufweisen, die jeweils auf einer antriebsseitigen und einer abtriebsseitigen Welle angeordnet und über ein Umschlingungsmittel zur Drehmomentübertragung verbindbar sind, wobei zumindest einer der aufgeführten Faktoren hinsichtlich der Akustik des Getriebes optimiert wird:
• – Viskoses bzw. hydraulisches Medium in Form von Öl,
• – Oberflächenbeschaffenheit der Kontaktbereiche zwischen Kegelscheibe und Umschlingungsmittel,
• – Geometrie zumindest einer Kegelscheibe,
• – Dämpfung zumindest einer Kegelscheibe,
• – Führung zumindest einer Kegelscheibe.
• Dabei kann es von Vorteil sein, wenn ein Öl mit einem reibgeschwindigkeitsunempfindlichen Reibwert Verwendung findet. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die Kontaktflächen zwischen Kegelscheibe und Umschlingungsmittel zu optimieren, z. B. hinsichtlich ihrer Topographie.
• Von Vorteil kann es weiterhin sein, mindestens eine steifigkeitsoptimierte Kegelscheibe und/oder zumindest eine gedämpfte Kegelscheibe vorzusehen. Es kann sich auch als vorteilhaft erweisen, zumindest eine radial außen geführte Kegelscheibe in das Getriebe zu integrieren.
• Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Getriebe.
• Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise mit weiteren Einzelheiten erläutert.
• Es stellen dar:
• 1 eine Teilansicht eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes,
• 2 eine im Wesentlichen der 1 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform,
• 3 und 4 Diagramme über Reibwertzusammenhänge,
• 5 und 6 schematische Ausgestaltungsmöglichkeiten von Wegscheiben.
• 1 zeigt nur einen Teil eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes, nämlich den von einem Antriebsmotor, wie beispielsweise einem Verbrennungsmotor angetriebenen antriebs- oder eingangsseitigen Teil des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes 1. Bei einem vollständig ausgeführten Kegelscheibenumschlingungsgetriebe ist diesem eingangsseitigen Teil ein komplementär ausgebildeter abtriebsseitiger Teil des stufenlos einstellbaren Kegelscheibenumschlingungsgetriebes zugeordnet, wobei beide Teile über ein Umschlingungsmittel in der Form beispielsweise einer Laschenkette 2 zur Momentenübertragung miteinander verbunden sind. Das Kegelscheibenumschlingungsgetriebe 1 weist eingangsseitig eine Welle 3 auf, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einstückig mit einer feststehenden Kegelscheibe oder Festscheibe 4 ausgebildet ist. Diese axial feststehende Kegelscheibe 4 befindet sich in Axiallängsrichtung der Welle 3 einer axial verlagerbaren Kegelscheibe oder Wegscheibe 5 benachbart gegenüber.
• Bei der Darstellung nach 1 ist die Laschenkette 2 am antriebsseitigen Kegelscheibenpaar 4, 5 in einer radial äußeren Stellung dargestellt, die sich dadurch ergibt, dass die axial verlagerbare Kegelscheibe 5 in der Zeichnung in Richtung nach rechts verlagert wird und diese Verlagerungsbewegung der axial verlagerbaren Kegelscheibe 5 zu einer Bewegung der Laschenkette 2 in Richtung nach radial außen führt, wodurch sich eine Übersetzungsänderung des Getriebes ins Schnelle ergibt.
• Die axial verlagerbare Kegelscheibe 5 kann in an sich bekannter Weise in der Zeichnungsebene auch nach links verlagert werden, wobei sich in dieser Stellung die Laschenkette 2 in einer radial inneren Stellung befindet (die mit dem Bezugszeichen 2a versehen ist), bei der sich eine Übersetzung des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes 1 ins Langsame ergibt.
• Das von einem nicht näher dargestellten Antriebsmotor bereit gestellte Drehmoment wird in den in 1 dargestellten antriebsseitigen Teil des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes über ein auf der Welle 3 gelagertes Zahnrad 6 eingeleitet, welches auf der Welle 3 über ein Wälzlager in der Form eines axiale und radiale Kräfte aufnehmenden Kugellagers 7 gelagert ist, welches auf der Welle 3 über eine Scheibe 8 und eine Wellenmutter 9 festgelegt wird. Zwischen dem Zahnrad 6 und der axial verlagerbaren Kegelscheibe 5 befindet sich ein Drehmomentfühler 10 angeordnet, dem eine mit einer axial feststehenden Spreizscheibe 11 und einer axial verlagerbaren Spreizscheibe 12 versehene Spreizscheibenkonfiguration 13 zugeordnet ist. Zwischen den beiden Spreizscheiben 11, 12 sind Wälzkörper beispielsweise in der Form der dargestellten Kugeln 14 angeordnet.
• Ein über das Zahnrad 6 eingeleitetes Drehmoment führt zur Ausbildung eines Drehwinkels zwischen der axial feststehenden Spreizscheibe 11 und der axial verlagerbaren Spreizscheibe 12, was zu einer axialen Verlagerung der Spreizscheibe 12 führt und zwar aufgrund von an dieser angeordneten Anlauframpen, auf die die Kugeln 14 auflaufen und so für einen axialen Versatz der Spreizscheiben zueinander sorgen.
• Der Drehmomentfühler 10 besitzt zwei Druckräume 15, 16, von denen der erste Druckraum 15 für eine Beaufschlagung mit Druckmittel in Abhängigkeit von dem eingeleiteten Drehmoment vorgesehen ist und der zweite Druckraum 16 mit Druckmittel versorgt wird und zwar in Abhängigkeit von der Übersetzung des Getriebes.
• Zur Erzeugung der Anpresskraft, mit der die Laschenkette 2 zwischen der axial feststehenden Kegelscheibe 4 und der axial verlagerbaren Kegelscheibe 5 mit einer Normalkraft beaufschlagt wird, ist eine Kolben/Zylindereinheit 17 vorgesehen, die zwei Druckräume 18, 19 besitzt. Der erste Druckraum 18 dient der übersetzungsabhängigen Veränderung der Beaufschlagung der Laschenkette 2 und der zweite Druckraum 19 dient in Verbindung mit dem drehmomentabhängig gesteuerten Druckraum 15 des Drehmomentfühlers 10 zur Erhöhung oder Verringerung der Anpresskraft, mit der die Laschenkette 2 zwischen den Kegelscheiben 4, 5 beaufschlagt wird.
• Die Welle 3 besitzt zur Druckmittelversorgung der Druckräume drei Kanäle 20, über die von einer nicht dargestellten Pumpe Druckmittel in die Druckräume eingespeist wird. Über einen auslassseitigen Kanal 21 kann das Druckmittel aus der Welle 3 abfließen und dem Kreislauf wieder zugeführt werden.
• Die Beaufschlagung der Druckräume 15, 16, 18, 19 führt zu einer momenten- und übersetzungsabhängigen Verschiebung der axial verlagerbaren Kegelscheibe 5 auf der Welle 3. Die Welle 3 besitzt zur Aufnahme der verlagerbaren Kegelscheibe 5 Zentrierflächen 22, die als Schiebesitz für die verlagerbare Kegelscheibe 5 dienen.
• Wie es anhand der 1 leicht ersichtlich ist, besitzt das Kegelscheibenumschlingungsgetriebe 1 im Bereich der Lagerstellen der Kegelscheibe 5 auf der Welle 3 jeweils eine Geräuschdämpfungseinrichtung 23. Dazu kann die Geräuschdämpfungseinrichtung einen Ringkörper und eine dämpfende Einlage aufweisen oder nur aus einer dämpfenden Einlage bestehen.
• Die in 1 verwendeten Bezugszeichen beziehen sich auch auf die im Wesentlichen vergleichbaren Merkmale der weiteren Figuren. Die Figuren sind also insofern als Einheit zu betrachten. Der Übersichtlichkeit halber sind in den weiteren Figuren nur diejenigen Bezugszeichen verwendet, die über diejenigen der 1 hinausgehen.
• In 2 ist nun der mittlere der drei Kanäle 20 in gegenüber 1 modifizierter Form ausgestaltet. Es ist ersichtlich, dass diese den zentralen Kanal 20 bildende Bohrung 24, die als Sacklochbohrung von der 1 und 2 rechts dargestellten Seite gefertigt wird, deutlich kürzer ausgeführt ist als in 1. Derartige Sacklochbohrungen sind aufwendig in der Herstellung und erfordern einen sehr hohen Genauigkeitsgrad in der Fertigung. Der Herstellungsaufwand sowie die Anforderungen hinsichtlich der Prozesssicherheit steigen dabei überproportional mit der Länge. Die Verkürzung einer derartigen Bohrung wirkt sich also günstig z. B. auf die Herstellkosten aus.
• Im Bereich des Grundes dieser Bohrung 24 zweigt die Querbohrung 25 ab, von denen mehrere am Umfang verteilt angeordnet sein können. Im dargestellten Fall ist diese Querbohrung 25 als radiale Bohrung dargestellt; sie kann jedoch auch in einem anderen Winkel als Schrägbohrung gefertigt werden. Die Bohrung 25 durchdringt die Mantelfläche der Welle 3 an einer Stelle, die unabhängig vom Betriebszustand, also z. B. von der eingestellten Übersetzung, in einem Bereich liegt, der stets von der Wegscheibe 5 überdeckt wird.
• Durch das Verlegen der Querbohrung 25 in den Überdeckungsbereich der Wegscheibe 5 kann die Welle 3 axial kürzer ausgeführt werden, wodurch Bauraum eingespart werden kann.
• Außerdem kann sich durch die Verkürzung der Welle 3 auch eine Belastungsreduzierung ergeben.
• Die Mündung des Kanals bzw. der Querbohrung 25 kann dabei beispielsweise im Bereich der Ausdrehung 26, der der Zentrierfläche 22 der Welle benachbart ist, angeordnet werden. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn die Verzahnung 27, die die Wegscheibe 5 axial verschiebbar jedoch drehfest mit der Welle 3 verbindet, beispielsweise durch die Drehmomentübertragung hoch beansprucht ist.
• In vielen Fällen wird jedoch die Belastung der Verzahnung 27 nicht das kritischste Auslegungskriterium sein, so dass die Mündung der Bohrung 25 in den Bereich dieser Verzahnung gelegt werden kann, wie dies in 2 dargestellt ist. Durch die Anordnung der Querbohrung 25 in der Verzahnung 27 anstatt in der Ausdrehung 26, ergibt sich ein Vorteil dadurch, dass ein größeres Widerstandsmoment vorliegt, wodurch die Biegespannung in der Randfaser verringert wird. Außerdem ist das Flächenträgheitsmoment an dieser Stelle größer, während die kritische Faser die durch die Querbohrung 25 gestört ist, auf etwa gleich bleibendem Radius bleibt. Hierdurch ergibt sich eine deutliche Verringerung der Spannungen im kritischen Bereich um die Mündung der Querbohrung 25 zwischen den Zähnen der Verzahnung 27. Die Versorgung mit Hydraulikfluid ist bei den 1 und 2 identisch, da die Druckräume 15 und 19 miteinander in Verbindung stehen und die Wegscheibe 5 Verbindungsbohrungen 28 aufweist, die den Bereich der Verzahnung 27 mit dem Druckraum 19 verbinden. In den Figuren ist die Wegscheibe 5 in ihrer äußersten linken Stellung die der Anfahrübersetzung bzw. dem Underdrive entspricht, dargestellt. Wird die Wegscheibe 5 nun nach rechts in Richtung der Festscheibe 4 verschoben, so befindet sich stets ein Teil des Hohlraums bzw. der Kammer 29 über der Mündung der Querbohrung bzw. des Kanal 25, so dass die erforderliche Fluidversorgung ebenso wie in 1 stets gewährleistet ist. Wie auch in 1 gibt es für den Druckraum 16 zwei Schaltzustände, die von der axialen Position der Wegscheibe 5 abhängen. In der dargestellten Stellung sind die Steuerbohrungen 30 freigelegt, so dass der damit in Verbindung stehende, mit einem Stopfen 31 axial verschlossene Kanal 20 und der mit ihm über einen nicht dargestellten Kanal in Verbindung stehende Druckraum 16 drucklos sind bzw. lediglich Umgebungsdruck aufweisen. Wird nun die Wegscheibe 5 auf die Festscheibe 4 zu bewegt, so überfährt sie die Steuerbohrungen 30, wobei ab einem bestimmten Weg die Kammer 29 über den Mündungen der Steuerbohrungen 30 zu liegen kommt. In der Kammer 29 herrscht jedoch ein vom Moment abhängiger hoher Druck, der dann über die Steuerbohrungen 30 und den Kanal 20 auch in die Druckkammer 16 gebracht wird, so dass dort auch hoher Druck anliegt. Auf diese Weise werden zwei Schaltzustände realisiert, die die Anpresskraft übersetzungsabhängig steuern.
• Weiterhin ist in 2 eine Tellerfeder 32 vorgesehen, die im drucklosen Zustand des Getriebes 1 die Wegscheibe 5 in eine vorbestimmte axiale Position bringt, wodurch eine Übersetzung des Getriebes 1 eingestellt werden kann, die eine übermäßige Belastung, beispielsweise beim Abschleppen des Fahrzeugs, verhindert.
• Die 3 zeigt zwei Diagramme, die den Reibwertverlauf über der Gleitgeschwindigkeit abhängig von der Kontaktpressung zeigen. Dabei ist jeweils auf der Abszisse die Gleitgeschwindigkeit und auf der Ordinate der Reibwert dargestellt. Die gestrichelte Linie ist als Bezugswert zu sehen und repräsentiert einen Reibbeiwert, der beispielsweise bei μ = 0,12 liegen kann. Wie aus beiden Figuren zu entnehmen ist, ist der Reibwert eine Funktion der Gleitgeschwindigkeit, wobei dieser mit zunehmender Gleitgeschwindigkeit tendenziell abnimmt.
• Wie oben bereits ausgeführt, führt beispielsweise bei Kupplungen ein mit wachsender Gleitgeschwindigkeit fallender Reibwert zu Rupfen und damit zur Komfortminderung. Es ist daher anzustreben, diesen Reibwertabfall über der Geschwindigkeit möglichst gering zu halten.
• Der in 3 dargestellte Verlauf tritt an der Kontaktstelle zwischen den Wiegedruckstücken der Kette und den mit ihnen zusammen wirkenden Kontaktflächen der Kegelscheiben auf. Die Kette bzw. das Umschlingungsmittel ist dabei sowohl in Laufrichtung durch das zu übertragende Drehmoment belastet, als auch quer zur Laufrichtung hauptsächlich durch die Anpresskraft. Diese Anpresskraft muss dabei so gewählt werden, dass das zu übertragende Drehmoment mit hinreichender Sicherheit gegen Durchrutschen auf den weiteren Scheibensatz gebracht werden kann.
• Der jeweilige Abstand der Kurven in Ordinatenrichtung repräsentiert die Streubreite des Reibwerts in Abhängigkeit von der Anpressung bzw. Kontaktpressung. Dabei steht die untere Linie für niedrige Kontaktpressung und die jeweils obere für eine hohe Kontaktpressung.
• Beim Vergleich der bisherigen Ausführungsform gemäß dem oberen Diagramm und der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß unterem Diagramm fällt auf, dass zunächst der Streubereich, den die jeweils zwei Kurven begrenzen, kleiner ist, woraus sich eine geringere Abhängigkeit des Reibwerts von der gerade anliegenden Kontaktpressung bzw. Anpressung ergibt. Anders ausgedrückt, ist die Ausführungsform gemäß der Erfindung (unteres Diagramm) unempfindlicher gegenüber Kontaktpressungsänderungen.
• Weiter ist der 3 zu entnehmen, dass die Kurven im unteren Diagramm flacher verlaufen, woraus sich ergibt, dass die Reibwertabhängigkeit von der Gleitgeschwindigkeit geringer ist. Durch diesen flacheren negativen Gradienten des Reibwertes über der Gleitgeschwindigkeit, wird ein stabileres Verhalten des Reibbeiwerts erreicht. Dabei ist es weniger problematisch, wenn sich die Kurven quasi parallel von oben nach unten oder umgekehrt verschieben, als wenn diese sich in ihrer Neigung ändern würden, da jede Neigungsänderung eine größere Abhängigkeit des Reibwerts von der Gleitgeschwindigkeit repräsentiert.
• Ein derartig klar definierter Reibwertverlauf über der Gleitgeschwindigkeit und über der Kontaktpressung, wie im unteren Diagramm der 3 dargestellt, ergibt eine Unterdrückung der Schwingung, die durch den Reibwertverlauf des Stahl-Stahl-Kontaktes zwischen Band bzw. Kette und Kegelscheiben erregt wird. Durch den Einsatz eines entsprechenden Öls mit einem derartigen Reibwertverlauf kann die Schwingung unmittelbar am Ort ihrer Entstehung bekämpft werden.
• Die Diagramme in 4 sind im Wesentlichen aufgebaut wie diejenigen in 3, zeigen jedoch nicht die Abhängigkeit vom verwendeten Öl, sondern diejenige von den Oberflächenkennwerten. Das in Verbindung mit 3 hinsichtlich Interpretation und Verbesserung Dargelegte gilt auch für 4, d. h. das untere Diagramm dokumentiert eine signifikante Verbesserung der Verhältnisse.
• Das obere Diagramm der 4 zeigt die Verhältnisse an einer polierten Oberfläche, während das untere Diagramm der Figur den Reibwert in Abhängigkeit von Gleitgeschwindigkeit und Kontaktpressung bei erfindungsgemäßen Oberflächenkennwerten darstellt. Diese Oberflächenkennwerte sind z. B. durch einen Finishingprozess herstellbar, wobei die Reibparameter den richtigen Verlauf haben und diesen auch über längere Laufzeit behalten. So treten beispielsweise Geräuschphänomene bei glatteren Oberflächen sofort auf, während sie bei raueren Oberflächen später günstigstenfalls nie auftreten. Eine derartige Verbesserung hinsichtlich des Geräuschverhaltens ist auch erzielbar durch die Reduzierung der Anpresskraft bzw. Kontaktpressung.
• Untersuchungen mit Simulationen und Messungen zeigten, dass das Schwingverhalten und damit das Geräuschverhalten durch eine erhöhte Kippsteifigkeit der axial beweglichen Scheiben oder Wegscheiben positiv beeinflusst wird, wobei dies insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, im Hinblick auf die abtriebsseitige Wegscheibe zutrifft. Generell ergab sich, dass eine erhöhte Biegesteifigkeit, mit der das Aufklaffen der Kegelscheiben, insbesondere des abtriebsseitigen Kegelscheibensatzes, reduziert wird, die hinsichtlich des Geräusches bedeutsame Schwingungsamplitude verringert. Ein vergleichbarer Effekt kann durch eine erhöhte Dämpfung an dieser Stelle erreicht werden.
• In den 5 und 6 sind nun schematisch Profile jeweils einer Wegscheibe dargestellt, wobei jeweils nur die obere Hälfte des rotationssymmetrischen Profils gezeigt ist.
• Die 5 zeigt in den schematischen Ausführungsbeispielen a) bis e) jeweils eine Versteifung der Scheibe selbst. Dabei ist in den 5 und 6 schematisch jeweils ein Teil der abtriebsseitigen, axial beweglichen Scheibe bzw. Wegscheibe 33 dargestellt, wobei vergleichbare Gestaltungen auch auf die antriebsseitige Wegscheibe 5 übertragen werden können.
• Die in 5a dargestellte Wegscheibe 33 weist in ihrem dem Umschlingungsmittel 2 abgewandten Bereich mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Versteifungsrippen 34 auf, die ein Wegdrücken des radial nach außen ragenden Teils der Scheibe 33 unter Axiallast reduzieren oder günstigstenfalls verhindern, wodurch einem Aufklaffen des Scheibenpaares entgegengewirkt wird.
• Die Wegscheibe 33 gemäß 5b weist eine Ausgestaltung auf, bei der der radial nach außen ragende Bereich der Wegscheibe 33 derart verstärkt wird, dass dessen Wandstärke nach radial außen hin zunimmt. Dies wird durch eine entsprechende Gestaltung der dem Umschlingungsmittel 2 abgewandten Kontur der Scheibe erreicht. Der hier stetig dargestellte Verlauf dieser Kontur kann auch so abgewandelt werden, dass die Wandstärke in mehreren Stufen zunimmt.
• Zur Versteifung der Wegscheibe 33 in axialer Richtung kann auch radial außen ein Versteifungskragen 35 angebracht sein, wie dies in 5c dargestellt ist. 5d zeigt zusätzlich zum radial außen angeordneten Verstreifungskragen 35 einen weiteren Versteifungskragen 36, der radial weiter innen angeordnet ist und somit gegebenenfalls auch als Trennung zwischen zwei Druckkammern dienen kann.
• In den 5c und 5d sind die Versteifungskrägen 35 und 36 als separate Teile bzw. Kreisringe dargestellt, die mit der Wegscheibe 33 zu verbinden sind. 5e zeigt nun eine Möglichkeit, den Versteifungskragen 35 und/oder den Versteifungskragen 36 einstückig mit der Wegscheibe 33 auszuführen, wobei in vorteilhafter Weise eine fertigungsgerechte Gestaltung Berücksichtigung finden kann.
• In den 5f und 5g ist eine Versteifung der Anbindung der Scheibe an die Welle gezeigt. Hier ist zunächst einmal die Nabe 37 der Wegscheibe 33 mit dem nach radial außen ragenden Teil der Wegscheibe 33 über einen Versteifungsring 38 verbunden, so dass eine Verformung dieses Bereiches zumindest vermindert wird. Weiterhin sind wiederum Versteifungsrippen 34 vorgesehen, die einerseits mit dem Versteifungsring 38 und andererseits mit der Nabe 37 der Wegscheibe 33 verbunden sind.
• In den 6a bis 6e sind prinzipielle Dämpfungsmöglichkeiten für die abtriebsseitige, axial bewegliche Scheibe oder Wegscheibe 33 dargestellt, die jedoch auch auf die antriebsseitige, axial bewegliche Scheibe oder Wegscheibe 5 anwendbar sind.
• 6a zeigt zunächst eine Unterteilung der Nabe 37 in einzelne Lamellen, wobei dieses Lamellenpaket durch den Anpressdruck, der über das hydraulische Medium aufgebracht wird, zusammengepresst wird und somit eine Dämpfung bewirkt.
• In 6b ist zusätzlich der Versteifungskragen 35 als Lamellenpaket ausgeführt, das wiederum durch den Anpressdruck zusammengepresst wird. Gemäß 6c kann auch der radial weiter innen liegende Versteifungskragen 36 als Lamellenpaket ausgeführt sein, wobei dieser Versteifungskragen 36 wiederum als Trennung zwischen unterschiedlichen Druckkammern herangezogen werden kann. Alternativ kann bei einer Ausführungsform gemäß 6c auch die Nabe 37 wieder in einzelne Lamellen unterteilt sein.
• In den 6d und 6e sind jeweils Federn 39 gezeigt, die durch zusätzliche radiale Anpressung die Reibung zwischen den einzelnen Lamellenzylindern erhöhen, wodurch gleichzeitig die Dämpfungswirkung gesteigert wird. Auch in 6e wäre es möglich, die Nabe 37 als Lamellenpaket auszuführen.
• In den 6f und 6g ist ein anderer Lösungsansatz gezeigt, der darin besteht, die Richtung des Verkippens der Wegscheibe zu verändern. Bei der üblichen Führung der Weg scheibe über ihren radial inneren Bereich bzw. über ihre Nabe 37 zeigt der radial äußere Bereich dieser Wegscheibe die größte Auslenkung in Kipprichtung. Um diesem zu begegnen, ist es prinzipiell möglich, die Wegscheibe außen zu führen, so dass diese mit radial äußeren Bereichen an der Außenführung 40 anliegt und somit dort nicht ausweichen kann. Ein Verkippen würde dann im radial inneren Bereich der Wegscheibe 33 anliegen, wogegen wieder Maßnahmen wie beschrieben ergriffen werden könnten. Dabei ist jedoch zu beachten, dass ein Verkanten bzw. Verspannen der Wegscheibe 33 zwischen den Führungen vermieden wird.

1

Kegelscheibenumschlingungsgetriebe

2

Laschenkette

2a

radial innere Stellung der Laschenkette

3

Welle

4

Festscheibe

5

Wegscheibe

6

Zahnrad

7

Kugellager

8

Scheibe

9

Wellenmutter

10

Drehmomentfühler

11

axial feststehende Spreizscheibe

12

axial verlagerbare Spreizscheibe

13

Spreizscheibenkonfiguration

14

Kugeln

15

erster Druckraum

16

zweiter Druckraum

17

Kolben-/Zylindereinheit

18

erster Druckraum

19

zweiter Druckraum

20

(drei) Kanäle (Einspeisung)

21

Kanal(auslassseitig)

22

Zentrierfläche

23

Geräuschdämpfungseinrichtung

24

(zentrale) Bohrung

25

Querbohrungen)

26

Ausdrehung

27

Verzahnung

28

Verbindungsbohrungen

29

Hohlraum/Kammer

30

Steuerbohrungen

31

Stopfen

32

Tellerfeder

33

Wegscheibe (abtriebsseitig)

34

Versteifungsrippe

35

Versteifungskragen (außen)

36

Versteifungskragen (innen)

37

Nabe

38

Versteifungsring

39

Feder

40

Außenführung

Claims (7)

1. Kegelscheibenumschlingungsgetriebe (1) mit antriebsseitigen und abtriebsseitigen Kegelscheibenpaaren, die jeweils eine Festscheibe (4) und eine Wegscheibe (5, 33) aufweisen, die jeweils auf einer antriebsseitigen und einer abtriebsseitigen Welle (3) angeordnet und über ein Umschlingungsmittel (2) zur Drehmomentübertragung verbindbar sind, wobei zumindest einer der aufgeführten Faktoren hinsichtlich der Akustik des Getriebes optimiert wird: – Viskoses bzw. hydraulisches Medium in Form von Öl, – Oberflächenbeschaffenheit der Kontaktbereiche zwischen Kegelscheibe und Umschlingungsmittel, – Geometrie zumindest einer Kegelscheibe, – Dämpfung zumindest einer Kegelscheibe, – Führung zumindest einer Kegelscheibe.
2. Kegelscheibenumschlingungsgetriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Öl mit einem reibgeschwindigkeitsunempfindlichen Reibwert.
3. Kegelscheibenumschlingungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch optimierte Kontaktflächen zwischen Kegelscheibe und Umschlingungsmittel.
4. Kegelscheibenumschlingungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch mindestens eine steifigkeitsoptimierte Kegelscheibe.
5. Kegelscheibenumschlingungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch zumindest eine gedämpfte Kegelscheibe.
6. Kegelscheibenumschlingungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch zumindest eine radial außen geführte Kegelscheibe.
7. Fahrzeug gekennzeichnet durch ein Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche.