DE102008014242A1

DE102008014242A1 - Kegelscheibenpaar für ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe

Info

Publication number: DE102008014242A1
Application number: DE102008014242A
Authority: DE
Inventors: Andreas GÖTZ; Eugen Kremer
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-04-12
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2008-10-16
Also published as: US8100790B2; US20100234152A1

Abstract

Eine in ein Kegelscheibenpaar integrierte Fühleinrichtung weist einen Fühlkolben auf, der über eine an einer Welle ausgebildete radial abgestufte Führungsfläche und eine entsprechende an dem Fühlkolben abgestuft ausgebildete Gegenfläche relativ zu der Eingangswelle axial verschiebbar ist. Durch die Stufen ist zwischen der Führungsfläche und der Gegenfläche eine Dämpfungskammer gebildet, deren Volumen sich bei einer axialen Verschiebung des Fühlkolbens relativ zu der Welle ändert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kegelscheibenpaar für ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe.
Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, auch CVT-Getriebe genannt, wie sie beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, enthalten zwei Kegelscheibenpaare, die von einem Umschlingungsmittel, z. B. einer Laschenkette, umschlungen werden. Durch gegensinnige Veränderung des Abstandes zwischen den Kegelscheiben jedes Kegelscheibenpaares lässt sich die Übersetzung des Getriebes kontinuierlich verändern. Vorteilhafterweise enthält ein Kegelscheibenpaar, bevorzugt das antriebsseitige, einen integrierten Drehmomentfühler, mit dem das von einem Antriebsmotor her wirkende Drehmoment erfasst wird und ein Anpressdruck zwischen den Kegelscheiben des zugehörigen Scheibenpaares entsprechend dem Drehmoment verändert wird.
Ein solches an sich bekanntes Kegelscheibenpaar wird im Folgenden anhand der 1 und 2 beschrieben, die einen Längsschnitt durch ein Kegelscheibenpaar mit in unterschiedlichen Stellungen befindlichem Fühlkolben zeigen.
Gemäß 2 weist ein Kegelscheibenpaar eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes eine Eingangswelle 10 auf, die einteilig mit einer Festscheibe 12 ausgebildet ist. Auf der Welle 10 ist axial verschiebbar, jedoch drehfest mit der Welle 10 verbunden eine Wegscheibe 14 angeordnet. Ein nicht dargestelltes Umschlingungsmittel läuft zwischen den Kegelflächen der Scheiben 12 und 14 sowie den Kegelflächen eines weiteren, nicht dargestellten Kegelscheibenpaars um.
An der Rückseite der Wegscheibe 14 ist in deren radial äußerem Bereich ein Zylinderring 16 mit zwei radial voneinander beabstandeten Wänden starr befestigt, in dem ein Kolben 18 arbeitet, so dass gemäß 1 rechtsseitig des Kolbens 18 ein erster Druckraum 20 gebildet ist, der durch in der Wegscheibe 14 ausgebildete radiale Bohrungen 22, einen Ringraum 24 zwischen der Wegscheibe 14 und der Welle 10 und eine in der Welle ausgebildete Radialbohrung 26 und Axialbohrung 28 mit Hydraulikdruck beaufschlagbar ist, der für eine Übersetzungsverstellung veränderbar ist.
Der insgesamt ringförmige Kolben 18 ist starr mit einem insgesamt becherförmigen Stützring 30 verbunden, der starr mit der Welle 10 verbunden ist. Innenseitig liegt an dem Stützring 30 ein mit Formflächen 32 ausgebildetes ringförmiges Bauteil 34 an, das starr mit der Welle 10 verbunden ist.
Weiter ist innerhalb des Stützrings 30 ein insgesamt ring- bzw. becherförmig ausgebildeter Fühlkolben 36 unter Abdichtung gegen die Umfangsfläche der Welle 3 und eine innere Umfangsfläche des ringförmigen Bauteils 34 axial verschiebbar angeordnet. Der Fühlkolben 36 ist mit einem zu der Wegscheibe 14 hin gerichteten Vorsprung ausgebildet, an dessen Rückseite Formflächen 38 ausgebildet sind, die Gegenflächen zu den Formflächen 32 bilden. Zwischen den Formflächen 32 und 38 sind Wälzkörper, im dargestellten Beispiel Kugeln 40, angeordnet.
Zwischen dem Fühlkolben 36 und der Wegscheibe 14 ist ein zweiter Druckraum 42 ausgebildet, der über eine durch die Welle 10 führende Zuleitung 44 mit Hydraulikdruck beaufschlagbar ist, wobei das Hydraulikmittel über eine ebenfalls in der Welle 3 ausgebildete Ableitung 46 ableitbar ist.
Der wirksame Querschnitt der in den zweiten Druckraum führenden Zuströmöffnung 48 wird durch die axiale Stellung der Wegscheibe 14 bestimmt. Der freie Querschnitt der aus dem zweiten Druckraum 42 herausführenden Abströmöffnung 50 wird durch die Stellung des Fühlkolbens 36 bestimmt. Der Fühlkolben 36 ragt mit in Umfangsrichtung vorzugsweise gleich beabstandeten axialen Armen 52 durch Aussparungen des Stützrings 30 hindurch. Die radialen Außenflächen der Arme 52 sind mit axial und radial gerichteten Verzahnungen versehen, die in Eingriff mit einer Innenverzahnung eines Eingangsrades 54 sind, das auf einer Außenschale 56 eines insgesamt mit 58 bezeichneten Lagers axial im Wesentlichen unverschiebbar gelagert ist.
Aufbau und die Funktion des bisher beschriebenen Kegelscheibenpaares sind an sich bekannt und werden daher nur kurz erläutert:
Bei vom drehantreibbaren Eingangsrad 54 her auf den Fühlkolben 36 wirkenden Drehmoment wird dieses Drehmoment über die Formflächen 38, die Kugeln 40 und die Formflächen 32 auf den Stützring 30 und damit die Welle 3 übertragen. Die Formflächen sind derart gestaltet, dass der Fühlkolben 36 sich mit zunehmenden Drehmoment gemäß der 1 nach rechts bewegt, so dass die Abströmöffnung 50, die in der in 1 dargestellten Grund- oder Ausgangsstellung des Kegelscheibenpaars vom Fühlkolben nicht vollständig überdeckt wird, zunehmend verschlossen wird. 2 zeigt die Anordnung der 1 bei sehr hohem Drehmoment, bei dem der Fühlkolben 36 weitest möglich nach rechts verschoben ist und die Ab strömöffnung 50 vollständig überdeckt. Mit kleiner werdender wirksamer Größe der Abströmöffnung 50 nimmt der Druck im zweiten Druckraum 42 zu, so dass auf die Wegscheibe 14 ein vom Eingangsdrehmoment abhängiger Anpressdruck wirkt.
Zur Abstützung der freien Enden der Arme 52 des Fühlkolbens 36 ist vorteilhaferweise ein Stützring 60 vorgesehen, der an den radialen Innenseiten der Endbereiche der Arme 52 anliegt und diese nach außen drängt, so dass die Außenverzahnungen der Arme in sicheren Eingriff mit der Innenverzahnung des Eingangsrades 54 gedrängt werden.
Die Arme 52 sind, wie dargestellt, vorteilhafterweise an einem mit dem Fühlkolben 36 verschweißten Ringteil ausgebildet, von dem aus sie axial vorstehen. Auf diese Weise ist die Verschweißung der Arme bzw. des Ringteils von unmittelbar auf die Arme in Umfangsrichtung wirkenden Biegekräften entlastet.
Eine Eigenart von Kegelscheibenpaaren mit integriertem Momentenfühler, wie beschrieben, liegt darin, dass es in Abhängigkeit von Massenträgheiten und Steifigkeiten im Antriebsstrang eines Fahrzeugs, der Dämpfung des Gesamtsystems und von Stützungsgradienten über die Übersetzung zu Momentenschwingungen kommen kann. Solche Momentenschwingungen verursachen Komfortprobleme oder unter Umständen sogar eine Überlastung des Getriebes. Die Problematik verschärft sich mit wachsenden maximal zulässigen Momenten eines Antriebsmotors.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Abhilfe für das vorgenannte Problem zu schaffen.
Eine Lösung dieser Aufgabe wird mit einem Kegelscheibenpaar für ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe geschaffen, welches Kegelscheibenpaar enthält eine Welle, die starr mit einer Festscheibe verbunden ist, eine auf der Welle axial verschiebbar und drehfest angeordnete Wegscheibe, eine Drehmomentfühleinrichtung mit einer starr mit der Welle verbundenen Formfläche und einer weiteren Formfläche, die starr mit einem die Welle umgreifenden, relativ zur Welle axial verschiebbaren und verdrehbaren Fühlkolben verbunden ist, welcher Fühlkolben drehfest und axial verschiebbar mit einem auf der Welle drehbar gelagerten Eingangsrad in Eingriff ist, und zwischen den Formflächen angeordnete Wälzkörper, wobei die Formflächen derart ausgebildet sind, dass sich bei einer Änderung des zwischen dem Fühlkolben und der Wegscheibe wirksamen Drehmoments die axiale Stellung des Fühlkolbens durch Abwälzen der zwischen den Formflächen angeordneten Wälzkörper auf den Formflächen ändert und der Fühlkolben eine in der Welle ausgebildete radiale Abströmöffnung zum Abströmen von Fluid aus einem an den Fühlkolben angrenzenden Druckraum zunehmend verschließt, und wobei weiter eine auf der Welle ausgebildete Führungsfläche für den Fühlkolben und eine entsprechende an dem Fühlkolben ausgebildete Gegenfläche jeweils mit einer radialen Stufe ausgebildet sind, so dass zwischen der Führungsfläche und der Gegenfläche eine im Betrieb Fluid enthaltende Dämpfungskammer gebildet ist, deren Volumen sich bei einer axialen Verschiebung des Fühlkolbens relativ zu der Welle ändert.
Erfindungsgemäß wird die axiale Verschiebbarkeit des Fühlkolbens relativ zur Eingangswelle dadurch gedämpft, dass in die erfindungsgemäß vorgesehene Dämpfungskammer Hydraulikfluid ein- oder ausströmen muss. Die dazu erforderliche Strömungsleistung, die Ursache für die erzielte Dämpfung ist, kann durch Abstimmung der mit einer vorbestimmten Relativverschiebung des Fühlkolbens einhergehenden Volumenänderung der Dämpfungskammer und die Querschnitte von die Dämpfungskammer mit der Umgebung verbindenden Durchlässen, beispielsweise einem Zentrierspalt der Führung des Fühlkolbens auf der Eingangswelle, zweckentsprechend eingestellt werden.
Vorteilhaft erfolgt eine Fluidverbindung zwischen der Dämpfungskammer und der Umgebung ausschließlich zwischen der Führungsfläche und der Gegenfläche hindurch.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelscheibenpaars ist zwischen dem Fühlkolben und der Welle an der von der Abströmöffnung abgewandten Seite der Dämpfungskammer ein Dichtring angeordnet.
Von Vorteil kann es sein, wenn der Fühlkolben an seiner von der Wegscheibe abgewandten Seite mit dem Eingangsrad in Eingriff ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
In den Figuren stellen dar:
1 einen vergrößerten Ausschnitt der 2 im Bereich der Führung des Fühlkolbens auf der Eingangswelle,
2 einen Längsschnitt durch ein Kegelscheibenpaar gemäß dem Stand der Technik; und
3 einen Längsschnitt ähnlich der 2, jedoch mit anderer Stellung des Fühlkolbens.
Wie aus 1, die einen erfindungsgemäß abgeänderten Ausschnitt aus 2 zeigt, ist die Eingangswelle 10 mit einer Führungsfläche 60 ausgebildet, die in einem Abstand von der Abströmöffnung 50 eine radiale Stufe 62 aufweist. Eine an der Führungsfläche 60 geführte Gegenfläche 64 des Fühlkolbens 36 ist ebenfalls mit einer radialen Stufe 66 ausgebildet, so dass zwischen den Stufen 62 und 66 eine Dämpfungskammer 68 gebildet ist, deren Volumen sich bei einer axialen Verschiebung des Fühlkolbens 36 relativ zur Eingangswelle 10 verändert. Linksseitig der Stufe 66 ist zwischen dem Fühlkolben 36 und der Eingangswelle 10 ein Dichtring 70 angeordnet, so dass die Dämpfungskammer 68 nur über einen Durchlass zwischen der Gegenfläche 64 rechtsseitig der Stufe 62 oder 66 und der Führungsfläche 62 oder 66 rechtsseitig der Stufe 50 mit der Abströmöffnung 50 bzw. dem zweiten Druckraum 42 verbunden ist. Dieser Durchlass kann durch einen Ringspalt zwischen der Führungsfläche und der Gegenfläche, der durch deren radiale Dimensionierung gegeben ist und einen Führungsspalt bildet, oder gezielt durch einen oder mehrere kleine Kanäle gebildet sein.
Die Dämpfungskammer saugt bei ihrer Vergrößerung Hydraulikfluid aus der Abströmöffnung bzw. dem zweiten Druckraum an, die bei einer Verkleinerung der Dämpfungskammer 68 abströmt. Die dabei in Folge des Strömungswiderstandes umgesetzte Energie, die zur Dämpfung der axialen Bewegung des Fühlkolbens 36 wirksam ist, lässt sich durch Dimensionierung der Änderung des Volumens der Dämpfungskammer 68, die mit einer Verschiebung des Fühlkolbens 36 verbunden ist, sowie die Dimensionierung des Durchströmquerschnitts zwischen der Dämpfungskammer 68 und der Abströmöffnung 50 bzw. dem zweiten Druckraum 42 zweckentsprechend einstellen. Mit zunehmender Stufenhöhe und abnehmendem Querschnitt des Zentrierspalts zwischen dem Fühlkolben und der Führungsfläche nimmt die Dämpfung beispielweise zu.

10: Eingangswelle
12: Festscheibe
14: Wegscheibe
16: Zylinderring
18: Kolben
20: erster Druckraum
22: Bohrung
24: Ringraum
26: Radialbohrung
28: Axialbohrung
30: Stützring
32: Formfläche
34: ringförmiges Bauteil
36: Fühlkolben
38: Formfläche
40: Kugel
42: zweiter Druckraum
44: Zuleitung
46: Ableitung
48: Zuströmöffnung
50: Abströmöffnung
52: Arm
54: Eingangsrad
60: Führungsfläche
62: Stufe
64: Gegenfläche
66: Stufe
68: Dämpfungskammer
70: Dichtring

Claims

Kegelscheibenpaar für ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, welches Kegelscheibenpaar enthält: eine Welle (10), die starr mit einer Festscheibe (12) verbunden ist, eine auf der Welle axial verschiebbar und drehfest angeordnete Wegscheibe (14), eine Drehmomentfühleinrichtung mit einer starr mit der Welle verbundenen Formfläche (32) und einer weiteren Formfläche (38), die starr mit einem die Welle umgreifenden, relativ zur Welle axial verschiebbaren und verdrehbaren Fühlkolben (36) verbunden ist, welcher Fühlkolben (36) drehfest und axial verschiebbar mit einem auf der Welle drehbar gelagerten Eingangsrad (54) in Eingriff ist, und zwischen den Formflächen angeordnete Wälzkörper, wobei die Formflächen derart ausgebildet sind, dass sich bei einer Änderung des zwischen dem Fühlkolben und der Wegscheibe wirksamen Drehmoments die axiale Stellung des Fühlkolbens durch Abwälzen der zwischen den Formflächen angeordneten Wälzkörper (40) auf den Formflächen ändert und der Fühlkolben eine in der Welle ausgebildete radiale Abströmöffnung (50) zum Abströmen von Fluid aus einem an den Fühlkolben angrenzenden Druckraum (42) zunehmend verschließt, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf der Welle (10) ausgebildete Führungsfläche (60) für den Fühlkolben (36) und eine entsprechende an dem Fühlkolben ausgebildete Gegenfläche (64) jeweils mit einer radialen Stufe (62, 66) ausgebildet sind, so dass zwischen der Führungsfläche und der Gegenfläche eine im Betrieb Fluid enthaltende Dämpfungskammer (68) gebildet ist, deren Volumen sich bei einer axialen Verschiebung des Fühlkolbens relativ zu der Welle ändert.
Kegelscheibenpaar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fluidverbindung zwischen der Dämpfungskammer (68) und der Umgebung ausschließlich zwischen der Führungsfläche (60) und der Gegenfläche (64) hindurch erfolgt.
Kegelscheibenpaar nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Fühlkolben (36) und der Welle (10) an der von der Abströmöffnung (50) abgewandten Seite der Dämpfungskammer (68) ein Dichtring (70) angeordnet ist.
Kegelscheibenpaar nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fühlkolben an seiner von der Wegscheibe (14) abgewandten Seite mit dem Eingangsrad (54) in Eingriff ist.