DE102010046253A1

DE102010046253A1 - CVT-Getriebe mit Kegeltrommelumschlingung und magnetisierbarem Riemen

Info

Publication number: DE102010046253A1
Application number: DE102010046253A
Authority: DE
Inventors: Marc Eberle
Original assignee: Eberle Marc 86415
Current assignee: Eberle Marc 86415
Priority date: 2010-09-22
Filing date: 2010-09-22
Publication date: 2011-07-07
Anticipated expiration: 2030-09-23
Also published as: DE102010046253B4

Abstract

Verzahnte mehrstufige Getriebe wie Zahnradschaltgetriebe können ihre Übersetzung bei hohem Wirkungsgrad zwischen Antriebs- und Abtriebswelle ausschließlich mit Unterbrechung der Antriebsenergie (Auskuppeln) entsprechend dem Verhältnis der zu verschaltenden Räderpaare gestuft an der Abtriebswelle bereit stellen. Bei den zu verschaltenden Rädern greifen diese formschlüssig „Zahn in Zahn”, wodurch ein Durchgleiten der Kraftübertragungsmittel unterbunden ist. Der Wirkungsgrad ist folglich höher als bei stufenlosen CVT-Getrieben, die als reibschlüssige Getriebe in der Regel einen schlechten Wirkungsgrad haben. Durch die Magnetisierung des Riemens erfolgt erfindungsgemäß eine größere Anpressung an die Kegeltrommel des CVT-Getriebes und damit eine quasi zahngetreue Übertragung der Kräfte, wobei die Anzahl der Zähne durch die paralle Stellung der Magnete bestimmt bleibt.

Description

Stufenlose Getriebe (auch engl.: Continuously Variable Transmission, CVT) sind reibschlüssige Getriebe. Sie sind in der Lage, variabel wählbare Übersetzungen zwischen Antriebs- und Abtriebswelle bereit zu stellen. Aufgrund des Reibschlusses der Kraftübertragungsmittel entstehen hohe Reibungsverluste (Schlupf), die hohen Verschleiß und somit einen schlechten Wirkungsgrad nach sich ziehen.
Verzahnte mehrstufige Getriebe wie Zahnradschaltgetriebe können ihre Übersetzung bei hohem Wirkungsgrad zwischen Antriebs- und Abtriebswelle ausschließlich mit Unterbrechung der Antriebsenergie (Auskuppeln) entsprechend dem Verhältnis der zu verschaltenden Räderpaare gestuft an der Abtriebswelle bereit stellen. Bei den zu verschaltenden Rädern greifen diese formschlüssig „Zahn in Zahn”, wodurch ein Durchgleiten der Kraftübertragungsmittel unterbunden ist. Der Wirkungsgrad ist folglich sehr hoch.
Vergleicht man die technischen Eigenschaften beider Getriebefamilien und die damit verbundenen sehr unterschiedlichen Wirkungsgrade, zeigt sich, dass das stufenlose Verändern einer Übersetzung mit dem Verlust des Formschlusses der Kraftübertragungsmittel zwingend einhergeht. Ein Ziel zur Verbesserung von CVT-Getrieben kann daher nicht das stufenlose Verändern der Übersetzung ohne Schlupf sein, sondern lediglich eine Verminderung der Schlupfgefahr.
Die Erfindung geht aus von einem CVT-Getriebe mit mindestens einer drehbaren Kegeltrommel und einem verstellbaren Riemengetriebe, wie sie in der DE 10 2008 045 388 A1 oder in der DE 10 2008 035 960 A1 dargestellt sind.
Demgegenüber soll ein verbessertes CVT-Getriebe mit großem Wirkungsgrad geschaffen werden, um damit auch große Drehmomente übertragen und das Getriebe etwa im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen einsetzen zu können. Bei stufenloser Verstellung des Umschlingungsmittels soll das Übersetzungsverhältnis variabel eingestellt werden, wobei das Getriebe möglichst klein gehalten wird. Ferner soll ein einfacher Aufbau und eine damit einhergehende kostengünstige Herstellung erreicht werden.
Diese Aufgabe wird durch ein CVT-Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der Formschluss des Zahneingriffs in die Zahnlücke etwa beim Kettentrieb oder beim Zahnriementrieb wird bei der vorliegenden Erfindung ersetzt durch eine Erhöhung des Reibschlusses zwischen Kegeltrommel und Umschlingungsmittel, der durch eine erhöhte Anpressung infolge der Magnete der Magnetisiereinrichtung hervorgerufen wird.
Dadurch, dass die drehbaren Kegeltrommeln aus nicht magnetisierbarem Material bestehen, wirkt die Magnetkraft als Normalkraft nur indirekt auf die Kegeltrommel; sie entsteht zwischen der Magnetisiereinrichtung und dem abschnittsweise magnetisierbarem Riemen, während die Längs-, Zug- oder Umschlingungskraft des Riemens um die Reibkraft, die zwischen der jeweiligen Kegeltrommel und dem Riemen durch die Magnetkraft entsteht, erhöht wird. Dabei wird die unmittelbare Berührung von Magnet und Riemen für die zwangsläufige, „zahngetreue” Übertragung der Kräfte vermieden und die Schlupfgefahr vermindert. Bei Überschreitung eines einstellbaren Maximums der Kraftübertragung, also bei Überlast, wirkt das erfindungsgemäße Getriebe jedoch selbsttägig wie eine Rutschkupplung mit Schlupf.
Die Magnetisiereinrichtung mit ihren Magneten ist stationär, also gehäusefest in der Regel in Hohlräumen der Kegeltrommeln angeordnet und zieht den Riemen in diesem Bereich an; sie kann jedoch unter abstoßender Magnetwirkung auch außerhalb des Außenmantels der Kegeltrommeln angeordnet sein.
Der Riemen ist als Endlosriemen mit einer geraden Anzahl von Abschnitten versehen, von denen jeder zweite magnetisierbar ist. Er ist in allen eingestellten Lagen gleich lang. Die Teilung der Abschnitte stimmt mit dem Abstand von Magneten der Magnetisiereinrichtung überein, die aus Permanent- und/oder aus Elektromagneten bestehen kann. Zur Vorspannung des Riemens kann ein üblicher federgespanntes Riemenspanner mit Spannrollen im Leertrum vorgesehen sein, der neben der elastischen Dehung auch zu einer stärkeren Anpressung des Riemens an die Kegeltrommeln führt.
Der Riemen weist einen kreisförmigen oder ovalen Querschnitt auf, der zum Abrollen auf dem konischen Außenmantel der Kegeltrommeln geeignet ist, oder einen viereckigen Querschnitt, der ausgehend von der Rechteckform einen elastisch veränderlichen parallelogrammförmigen Querschnitt annimmt, der je nach dem Kegelwinkel an die jeweilige Konusform des jeweiligen Außenmantels angepasst ist.
An- und Abtriebswellen sind mit den jeweiligen Kegeltrommeln verbunden und verlaufen in der Regel parallel. Zur stufenlosen Bestimmung des Übersetzungsverhältnisses dient eine axial verstellbare Führungseinrichtung, mit der eine Verschiebung des Riemens quer zu seiner Laufrichtung ermöglicht wird. Durch diese Axialverstellung können die effektiven Reibradien, die jeweiligen Angriffspunkte des Riemens an den Kegeltrommeln, verändert werden, so dass das Übersetzungsverhältnis planmäßig eingestellt und eine stufenlose Übersetzung erreicht wird. Während des Schaltvorgangs kann die Verschiebung des Riemens erleichtert werden, indem die Elektromagneten stromlos geschaltet werden und der Reibschluss in Längs- und in Querrichtung vermindert wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den 1 bis 5 dargestellt; ein weiteres in 6. Darin zeigen:
1: das CVT-Getriebe mit zwei Kegeltrommeln in einem Gehäuse in einer Ansicht,
2: wesentliche Teile des CVT-Getriebes in einer Draufsicht,
3: einen Schnitt durch eine erste Kegeltrommel,
4: einen Schnitt durch eine zweite Kegeltrommel,
5: einen Riemen,
6: eine alternative, parallel zur Mantellinie rotierende Magnetisiereinrichtung.
Die Kegeltrommel 1 ist einseitig an ihrem verjüngten Ende mit der Antriebswelle 4, die Kegeltrommel 2 mit der Abtriebswelle 5 drehfest verbunden. An- und Abtriebswelle 4, 5 sind mit Lagern 7 im Gehäuse 6 des CVT-Getriebes gelagert. An ihren breiten, offenen Seite weisen die achsparallel angeordneten Kegeltrommeln 1, 2 einen Hohlraum 27 auf, in den eine Magnetisiereinrichtung 9 hinein ragt. Die Kegeltrommeln 1, 2 werden von einem Riemen 8 umschlungen, der als Endlosriemen 8 auf den Außenmänteln 3 der Kegeltrommeln 1, 2 umläuft.
Der Riemen 8 ist kürzer als eigentlich notwendig und wird elastisch gedehnt. Er ist in allen eingestellten Lagen bei unterschiedlichen effektiven Reibradien gleich lang. Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann zur Vorspannung des Riemens 8 in üblicher Weise ein Riemenspanner mit zusätzlichen festen oder federgespannten Spannrollen im Leertrum 19 vorgesehen sein. Das Lasttrum 18 ist in 3 dargestellt, während der Riemen 8 in der Schnittdarstellung von 4 weggelassen worden ist.
Die Magnetisiereinrichtung 9 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus drei Permantmagneten 10 und/oder Elektromagneten 20, die am Gehäuse 6 befestigt sind und sich parallel verlaufend von der jeweiligen Breitseite der Kegeltrommeln 1, 2 her bis kurz vor ihrem verjüngten Ende in die Hohlräume 27 erstrecken. Der Spalt 30 zwischen der drehbaren Kegeltrommel 1 bzw. 2 und der Magnetisiereinrichtung 9, die stationär oder parallel zur Mantellinie der Kegeltrommel rotierend angeordnet sein kann, gewährleistet eine berührungsfreie Drehbewegung. Der Abstand 16 der Magnete 10, 20 entspricht der Teilung 21 der Abschnitte 17 des Riemens 8, die abwechselnd aus magnetisierbarem 22 und aus nicht magnetisierbarem Material 23 bestehen.
Bezugszeichenliste

1: Kegeltrommel
2: Kegeltrommel
3: Außenmantel
4: Antriebswelle
5: Abtriebswelle
6: Gehäuse
7: Lager
8: Umschlingungsmittel, (Endlos)riemen
9: Magnetisiereinrichtung
10: Permanentmagnet
11: Führungseinrichtung
12: Führungsschiene
13: Führungswagen
14: Verstellspindel
15: Verstellmotor
16: Abstand
17: Abschnitt
18: Lasttrum
19: Leertrum
20: Elektromagnet
21: Teilung
22: magnetisierbares Material
23: nicht magnetisierbares Material
24: Längsachse
25: Kegelwinkel
26: Reibradius
27: Hohlraum
28: Querschnitt
29: Laufrichtung
30: Spalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008045388 A1 [0004]
DE 102008035960 A1 [0004]

Claims

CVT-Getriebe mit mindestens einer drehbaren Kegeltrommel 1, 2 und einem Umschlingungsmittel 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur unmittelbaren Anpressung des Umschlingungsmittels 8 an den konisch verlaufenden Außenmantel 3 der Kegeltrommel 1, 2 und zur Erhöhung des Reibschlusses zwischen Kegeltrommel 1, 2 und Umschlingungsmittel 8 mindestens eine Magnetisiereinrichtung 9 vorgesehen ist.
CVT-Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei drehbare Kegeltrommeln 1, 2 aus nicht magnetisierbarem Material 23 mit parallel verlaufenden axialen Längsachsen 24 und entgegengesetzt angesetzten Kegelwinkeln 25 vorgesehen sind, von denen die eine mit einer Antriebs- 4 und die andere mit einer Abtriebswelle 5 drehfest verbunden ist, wobei das Umschlingungsmittel 8 mit einer Führungseinrichtung 11 axial verstellbar geführt wird.
CVT-Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Axialverstellung der Führungseinrichtung 11 die effektiven Reibradien 26 des Umschlingungsmittels 8 an den Kegeltrommeln 1, 2 verändert werden und so das Übersetzungsverhältnis des Getriebes stufenlos verstellt wird.
CVT-Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbaren Kegeltrommeln 1, 2 zumindest teilweise hohl ausgebildet sind und in diesen Hohlräumen 27 mindestens ein Permanent- 10 oder Elektromagnet 20 als Magnetisiereinrichtung 9 gehäusefest angeordnet ist.
CVT-Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbaren Kegeltrommeln 1, 2 zumindest teilweise hohl ausgebildet sind und in diesen Hohlräumen 27 Permanent- 10 oder Elektromagnete 20 als Magnetisiereinrichtung 9 parallel zu einer Mantellinie der Kegeltrommel 1, 2 rotierend angeordnet sind.
CVT-Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Umschlingungsmittel 8 ein Riemen 8 vorgesehen ist, der einen kreisförmigen, ovalen oder parallelogrammförmigen Querschnitt 28 aufweist, wobei die Lage des Riemens 8 zur Bestimmung des Übersetzungsverhältnisses durch eine axiale Verschiebung quer zu seiner Laufrichtung 29 veränderbar ist.
CVT-Getriebe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Riemen 8 als Endlosriemen 8 ausgebildet ist und in seiner Laufrichtung 29 alternierend Abschnitte 17 aus magnetisierbarem 22 und aus nicht magnetisierbarem Material 23 aufweist, die in ihrer Teilung 21 mit einem durch die Magnete 10, 20 der Magnetisiereinrichtung 9 vorgegebenen Abstand 16 zweier Magnete 10, 20 übereinstimmen.
CVT-Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorspannung des Umschlingungsmittels 8 oder Riemens 8 ein Riemenspanner vorgesehen ist.
CVT-Getriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur axialen Verstellung der Führungseinrichtung 11 mindestens ein Führungswagen 13 auf einer Führungsschiene 12 mittels einer Verstellspindel 14 verfahrbar ist.