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Die
Erfindung betrifft einen stufenlos verstellbaren Variator für ein Toroidgetriebe
eines Kraftfahrzeuges gemäß den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Ein
derartiger Variator ist aus der
EP 1 048 878 B1 bekannt. Dort ist ein Roller über ein
Axial- und ein Radiallager gegenüber
einer Lagerschale abgestützt,
die über
ein Rollenlager querverschieblich gegenüber einer Längsachse eines Haltebügels gelagert
ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen einfach herzustellenden Variator anzugeben,
der, zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen oder von elastischen
Deformationen, die dieser unter Last zwischen Torusscheiben erfährt, eine
entsprechende Ausgleichsbewegung gegenüber dem Haltebügel des Variators
vornehmen kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Hierzu
weist der erfindungsgemäße Variator eine
Lagerschale auf, die in Richtung der Y-Y-Achse, um die der Haltebügel verschwenkbar
gelagert ist, einen direkten Kontakt zum Haltebügel aufweist. Dadurch liegt
die Lagerschale stets an einer Stelle des Haltebügels an. Dadurch ist eine Führung der
Lagerschale bei entsprechender Ausgestaltung des Kontaktbereichs
zwischen Lagerschale und Haltebügel gewährleistet.
Aufgrund des direkten Kontakts kann auf aufwändige und daher teure Linearführungen
in Form von beispielsweise Kugel- oder Nadellager verzichtet werden.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Kontakt überwiegend
linienförmig
ausgebildet. Unter linienförmig
ist die vorwiegende Form der Berührungsfläche gemeint.
Es ist selbstverständlich,
dass diese Kontaktform einen Flächeninhalt
aufweist. Somit weist die Kontaktfläche zwischen Lagerschale und
Haltebügel
eine Flächenform
mit überwiegend
linienförmiger
Ausdehnung auf. Wesentlich ist jedoch, dass die Kontaktfläche einerseits
groß genug
ist, um Führungskräfte zwischen
der Lagerschale und dem Haltebügel übertragen
zu können,
andererseits aber die Reibung zwischen diesen beiden Bauteilen nicht zu
groß wird,
um Relativbewegungen zu ermöglichen.
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Die
Erfindung sieht in einer weiteren Ausgestaltung vor, dass bei einer
Parallelverschiebung der X-X-Achse zwischen Lagerschale und Haltebügel eine
Wälz- oder
Gleitbewegung zwischen diesen beiden Bauteilen erfolgt. Dabei ist
mit der X-X-Achse die Rotationsachse des Rollers gemeint.
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Eine
Wälzbewegung
kommt dadurch zustande, dass eine Komponente einer von einer der
Torusscheiben auf den Roller einwirkenden Kraft den Roller stärker in
Richtung einer der Kontaktflächen
zwischen Lagerschale und Haltebügel
drückt.
Somit kommt es an dieser Kontaktfläche zu einer Druckerhöhung, während es
an der gegenüberliegenden Kontaktfläche zu einer
Druckabnahme bis hin zu einer Spaltbildung kommt. Eine weitere Kraftkomponente
bewirkt, dass die X-X-Achse verschoben wird. Abhängig vom Reibwert, der im Kontaktbereich
zwischen der Lagerschale und dem Haltebügel vorliegt, kommt es dabei
zu einer Gleitbewegung zwischen den beiden Bauteilen oder einer
Wälzbewegung.
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Wenn
der Haftreibungskoeffizient zwischen den beiden Bauteilen dazu führt, dass
eine Wälzbewegung
auftritt, so rollt die Lagerschale in einer Schwenkbewegung um einen
Momentanpol auf dem Haltebügel
ab. Der Momentanpol befindet sich dabei im Kontaktpunkt bzw. in
der Kontaktfläche
zwischen Lagerschale und Haltebügel.
Durch die Wälzbewegung
gelangt die Lagerschale und damit der Roller in eine Lage, in der
Verzwängungen
zwischen Torusscheiben und Roller vermieden werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung liegt im Kontaktbereich zwischen
der Lagerschale und dem Haltebügel
nur eine geringe Reibung vor. Eine solche geringe Reibung kann dadurch
erreicht werden, dass eines der oder beide Bauteile zumindest im Kontaktbereich
ein reibungsminderndes, beispielsweise Messing oder Teflon beinhaltendes
Material aufweisen. Die geringe Reibung erleichtert eine Verschiebung
eines von Lagerschale und Haltebügel ausgebildeten
Gleitlagers.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Variators
werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch einen Teil eines erfindungsgemäßen Variators gemäß einer
ersten Ausführungsform,
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2 eine
Lagerschale der ersten Ausführungsform
gem. 1 in perspektivischer Ansicht,
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3 eine
Draufsicht auf einen Haltebügel mit
einer Mehrzahl von Nadellagern,
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4 einen
Längsschnitt
durch einen Teil eines erfindungsgemäßen Variators gemäß einer
zweiten Ausführungsform,
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5 eine
Draufsicht auf einen Haltebügel mit
Lagerschale gemäß der Ausführungsform
in 4 und
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6 eine
Draufsicht auf einen Haltebügel mit
Nadellager gemäß der Ausführungsform
in 4.
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Nachfolgend
sind gleiche oder gleichwirkende Bauteile mit denselben Bezugszeichen
bezeichnet.
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Der
erfindungsgemäße Variator
1 findet
Einsatz in Toroidgetrieben für
Kraftfahrzeuge. Das Toroidgetriebe kann hierbei als Halbtoroid oder
als Volltoroid ausgebildet sein. Hinsichtlich des prinzipiellen Aufbaus
eines derartigen Toroidgetriebes wird lediglich beispielhaft auf
die Druckschriften
DE
102 18 356 A1 ,
DE
101 54 928 A1 und
DE
101 21 042 C1 verwiesen.
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Hinsichtlich
einer geeigneten hydraulischen Stelleinrichtung zur Beeinflussung
der Positionen eines Haltebügels
10 des
erfindungsgemäßen Variators
1 sowie
einer Druckversorgung der Schmiermittelversorgungseinrichtung von
benachbarten, in der Zeichnung nicht dargestellten Bauteilen wird
beispielhaft auf die
DE 103
08 496 verwiesen. Hinsichtlich einer Kopplung der Bewegung
einzelner Stelleinrichtungen sowie Haltebügel
10 wird beispielhaft
auf die
DE 103 09 569 verwiesen.
Eine geeignete Regelung der Stelleinrichtung ist beispielsweise
in der Druckschrift
DE 103 00
569 offenbart. Die Abstützung
des Haltebügels
10 bzw.
des Rollers
5 kann beispielsweise der
DE 103 59 394 entnommen werden.
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Ein
nur in Teilen dargestellter Variator 1 dient zur stufenlosen
Veränderung
der Übersetzung
zwischen mindestens einer nicht dargestellten Antriebstorusscheibe
und einer ebenfalls nicht dargestellten Abtriebstorusscheibe. Hierzu
ist ein Roller 5 auf gegenüberliegenden Seiten seiner
Umfangsflächen zwischen
den Torusscheiben eingespannt. Für
die in 1 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiele rotieren
die Torusscheiben jeweils um eine senkrecht zur Zeichenebene orientierte
Achse und sind oberhalb bzw. unterhalb der Zeichenebene angeordnet. Für die in 3, 5 und 6 dargestellten
Ausführungsbeispiele
rotieren die Torusscheiben jeweils um eine horizontal zu der Zeichenebene
orientierte Achse und sind (nicht dargestellt) seitlich zu den Rollern 5 angeordnet.
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Wie
der 1 zu entnehmen ist, stützt sich der Roller 5 radial
an einem Zapfen 31 einer Lagerschale 30 ab. Zu
diesem Zweck verfügt
der Roller 5 über
eine zentrische Sacklochbohrung 6, in welcher ein Radiallager 8,
insbesondere Nadellager, aufgenommen ist. Radial innenliegend wälzt das
Nadellager 8 auf dem konzentrisch zu einer X-X-Achse ausgebildeten
Zapfen 31 ab.
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Einstückig mit
dem Zapfen 31 der Lagerschale 30 verbunden ist
ein flanschförmig
auf geweiteter Bereich 32 mit einem Außendurchmesser, der ungefähr dem Außendurchmesser
des Rollers 5 entspricht, im in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
jedoch etwas geringer ausgeführt
ist. Zwischen einander zugewandten Stirnflächen 7, 36 des
Rollers 5 und des flanschförmigen Bereichs 32 der
Lagerschale 30, welche quer zur X-X-Achse orientiert sind, ist
ein äußeres Axiallager 40,
beispielsweise ein Axialkugellager, zwischengeschaltet. In die Stirnflächen 7, 36 des
Rollers 5 und des flanschförmigen Bereichs 32 sind
an Wälzkörper 41 des
Axiallagers 40 angepasste Laufflächen 43 eingebracht,
welche mit einer geeigneten Oberfläche sowie vorteilhaften Materialeigenschaften
versehen sind. Die Wälzkörper 41 sind
insbesondere in einem Käfig 42 geführt.
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Die
Lagerschale 30 stützt
sich gegenüber
einem Haltebügel 10 ab.
Hierzu verfügt
der Haltebügel 10 über eine
Sacklochbohrung 11, in welche der Roller 5 und
die Lagerschale 30 nahezu vollständig eingelassen sind. Eine
Abstützung
der Lagerschale 30 gegenüber dem Haltebügel 10 in
Richtung der X-X-Achse
erfolgt über
innere Axiallager 45, welche zwischen einander zugewandten,
jeweils quer zur X-X-Achse orientierten Stirnflächen 13, 37 des
Haltebügels 10 und
des flanschförmigen
Bereichs 32 der Lagerschale 30 angeordnet sind.
Die inneren Axiallager 45 können als Wälzlager, insbesondere Nadellager,
oder Gleitlager ausgebildet sein. Die Wälzkörper 46 sind in Käfigen 47 geführt und
rollen auf Seiten des Haltebügels 10 auf
einer Rollplatte 48 ab. Die Rollplatte 48 ist
aus einem Material hergestellt, die zusammen mit den Wälzkörpern 46 eine
geringe Reibung verursacht. Sowohl die Rollplatte 48 als
auch die inneren Axiallager 45 sind in der Sacklochbohrung 11 des
Haltebügels 10 sowohl
in Y-Y-Richtung als auch in Z-Z-Richtung
abgestützt.
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Der
Haltebügel 10 ist
im dargestellten Längsschnitt
ungefähr
u-förmig
ausgebildet, mit einem Grundschenkel 12 und zwei parallelen
Seitenschenkeln 14, zwischen denen die Lagerschale 10 und
der Roller 5 zumindest teilweise angeordnet sind. Die Seitenschenkel 14 besitzen
in dem dem Grundschenkel 12 gegenüberliegenden Endbereich 15 jeweils
nach außen
und parallel zum Grundschenkel 12 sowie koaxial zueinander
orientierte Fortsätze oder
Zapfen 16.
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Die
Zapfen
16 haben eine zumindest teilweise zylinderförmige Mantelfläche
17,
die jeweils als innere Lagerfläche
einer nicht weiter dargestellten Lagereinheit dient. Hinsichtlich
der Anbindung dieser Lagerflächen
an benachbarte Bauteile wird auf die Druckschrift
DE 103 59 394 verwiesen, welche voll inhaltlich
zum Umfang der vorliegenden Offenbarung gemacht wird.
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In
den Zapfen 16 kann in Längsrichtung
einer Y-Y-Achse ein (nicht dargestelltes) Kraftübertragungselement eingesetzt
werden. Eine Anbindung des Haltebügels 10 an benachbarte
Bauteile und eine Lagerung gegenüber
denselben erfolgt derart, dass zur Verstellung der Übersetzung
des Variators eine Verschwenkung des Haltebügels 10 um die Achse
Y-Y erfolgt, welche zentrisch durch die Zapfen 16 verläuft.
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Der
1 kann
die Gestaltung einer effizienten Schmierungs- und Kühlungsmöglichkeit des Variators
1 entnommen
werden. Durch in den Haltebügel
10 und
die Lagerschale
30 eingebrachte Bohrungen
20,
21 mit
teilweisen als Drosseln wirkenden Engstellen
22 können die
Axial-
40,
45 und das Radiallager
8 wirksam
mit Schmier- und Kühlmittel
versorgt werden, vgl. auch
DE
10 2004 009 409 . Dabei verläuft eine Bohrung
20 im
Haltebügel
10 konzentrisch
zur X-X-Achse und mündet
mittig in die Sacklochbohrung
11 des Haltebügels, so
dass ein Schmier- bzw. Kühlmittel
im Bereich des inneren Axiallagers
45 aus dem Haltebügel austritt
und dieses schmiert bzw. kühlt. Über zusätzliche
Dichtelemente, die in die Käfige
47 des
inneren Axiallagers eingelegt oder an diesen z.B. anvulkanisiert
sind, kann das Schmier- bzw. Kühlmittel
zwischen Haltebügel
10 und
Lagerschale
30 geleitet werden.
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Eine
Abstützung
der Lagerschale 30 gegenüber dem Haltebügel 10 in
Richtung der Y-Y-Achse erfolgt in der in 1 dargestellten
Ausführungsform über zwei
Gleitlager 50. Die Gleitlager 50 werden durch
einander zugewandte Flächen
gebildet, die sowohl quer zur X-X-Achse als auch quer zur Y-Y-Achse und somit
parallel zu einer durch den Schnittpunkt der X-X-Achse mit der Y-Y-Achse
verlaufenden Z-Z-Achse orientierten sind. Die Flächen werden dabei einerseits
von einander gegenüberliegenden
Innenwänden 25 der
Seitenschenkel 14 des Haltebügels 10 und andererseits
von jeweils den Innenwänden 25 gegenüberliegenden
Außenumfangsflächen 35 des
flanschförmigen
Bereichs 32 der Lagerschale 30 gebildet.
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Am
Außenumfang 34 des
flanschförmigen Bereichs 32 der
Lagerschale 30 sind zwei Anlageelemente 55 befestigt,
deren prinzipielle Form 2 entnommen werden können. Diese
Anlageelemente 55 weisen eine quaderförmige Grundform mit einem balligen
Auslauf 56 auf der von der Lagerschale 30 abgewandten
Seite auf. Die Anlageelemente 55 sind mit ihrer der Lagerschale 30 zugewandten
Seite in den Außenumfang 34 der
Lagerschale 30 eingelassen und mit dieser befestigt. Alternativ
weisen die Anlageelemente 55 jeweils auf ihrer der Lagerschale 30 zugewandten
Seite eine an den Außenumfang 34 der Lagerschale 30 angepasste
Kontur auf.
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Die
Anlageelemente 55 wirken im Zusammenspiel mit den Anlageflächen der
inneren Seitenschenkelwände 25 des
Haltebügels 10 als
Verdrehsicherung der Lagerschale gegenüber dem Haltebügel 10.
Die Form des Auslaufs 56 führt jeweils zu einer nahezu
linienförmigen
Kontaktfläche 51 mit
den inneren Seitenschenkelwänden 25,
wodurch die Reibung zwischen diesen jeweiligen Gleitlagerpartnern 25, 55 gering
ist.
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Während des
Betriebs des Variators führt
die von den (nicht dargestellten) Torusscheiben auf den Roller einwirkenden
Kräfte
dazu, dass diese Kräfte über das äußere und
innere Axiallager 40, 45 auf den Grundschenkel 12 des
Haltebügels 10 einwirken
und diesen geringfügig
durchbiegen. Die ballige Formgebung des jeweiligen Auslaufs 56 der
Anlageelemente 55 sowie die Abstände der Seitenschenkeln 14 des Haltebügels 10 zum
Roller 5 einerseits sowie zu den Lagerschalen 30 andererseits
bewirkt, dass die Durchbiegung des Haltebügels 10 nicht zum
Verklemmen der besagten Bauteile führt.
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3 ist
eine um den Roller 5 und die Lagerschale 30 geminderte
Draufsicht auf einen Variator 1 gem. 1 (siehe
Schnittlinie I-I in 3). Es ist die in Z-Z-Richtung
ausgerichtete Anordnung der Axiallager 45 erkennbar, die
insbesondere als Nadellager reibungsgemindert ausgebildet sind.
Zudem sind die inneren Seitenschenkelwände 25 erkennbar,
die als Gegenlager der Anlageelemente 55 dienen. Die Anlageelemente 55 sind
in 3 ohne die Lagerschale 30 dargestellt.
In Z-Z-Richtung begrenzen entsprechend an die Außenkontur des Rollers 5 angepasste Seitenwände 26 das
Gleiten der Lagerschale 30 gegenüber dem Haltebügel 10 und
somit die maximal mögliche
Verschiebung der X-X-Achse in Z-Z-Richtung.
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In
den 4 bis 6 ist ein alternatives Abstützkonzept
der Lagerschale 30 in Richtung der Y-Y-Achse dargestellt.
Die gegenüber
dem Ausführungsbeispiel
der 1 bis 3 im Wesentlichen gleich ausgebildete
Lagerschale 30 weist in diesem Ausführungsbeispiel keine quaderförmigen Anlageelemente 55 auf.
Die Kontaktflächen 51 zwischen
inneren Seitenschenkelwänden 25 und
Lagerschale 30 werden stattdessen von Teilen der Umfangsfläche 35 am
Außenumfang 34 des
flanschförmigen
Bereichs 32 der Lagerschale 30 gebildet.
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Wie
aus 4 deutlich erkennbar ist, weist die Lagerschale 30 am
Umfang 34 des flanschartigen Bereichs 32 in X-X-Richtung unterschiedlich
große Durchmesser 33 auf.
Die Durchmesser 33 der beiden Stirnseiten 36, 37 sind
ungefähr
gleich groß.
Zwischen den beiden Stirnseiten 36, 37 ist der
Durchmesser 33 jedoch größer.
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In
dem in 4 dargestellten Schnitt ist im Bereich des Außenumfangs 34 des
flanschförmigen Bereichs 32 der
Lagerschale 30 eine ähnliche
Rampenform zu erkennen, wie im Querschnitt durch ein Anlageelement 55 in 1.
Dadurch aber, dass dieses Querschnittprofil – anders als im Ausführungsbeispiel
in 1 – kreisförmig am
Umfang 34 der Lagerschale 30 umläuft, bestehen
nur zwei kleine, allenfalls linienförmige Kontaktflächen 51 zwischen
Lagerschale 30 und Haltebügel 10 in entgegengesetzter
Richtung der Y-Y-Achse. Eine Verdrehsicherung ist in dieser Ausführungsform
nicht vorhanden, da hier gerade eine Verdrehung der Lagerschale 30 gegenüber dem
Haltebügel 10 gewünscht ist.
Dazu rollt die Lagerschale 30 je nach Richtung der Anpresskraft
auf einer der beiden inneren Seitenschenkelwände 25 ab.
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5 sind
in Draufsicht auf den in 4 geschnitten dargestellten
Variator 1 (siehe Schnittlinie IV-IV in 5)
unter anderem die Form der Seitenschenkelwände 25 zu entnehmen.
In Z-Z-Richtung begrenzen entsprechend an die Außenkontur des Rollers 5 angepasste
Seitenwände 26 ein
Abrollen der Lagerschale 30 und somit die maximal mögliche Verschiebung
der X-X-Achse in Z-Z-Richtung.
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In 6 ist
das innere Axiallager 45, insbesondere ein reibungsgemindertes
Nadellager, dieser Ausführungsform
dargestellt, über
welches die Lagerschale 30 in Richtung der X-X-Achse gegenüber dem
Haltebügel 10 abgestützt wird
und durch welches die Abrollbewegung bei Seitwärtsverschiebung der Lagerschale 30 unterstützt wird.
Im Gegensatz zu der in den 1 bis 3 dargestellten
Ausführungsform
ist hier das innere Axiallager 45 als ringförmiges Lager
mit einer Vielzahl von in einem Käfig 47 geführten Wälzkörpern 46 ausgebildet,
die strahlenförmig
zueinander angeordnet sind.