DE102011083796A1

DE102011083796A1 - CVT mit elektromechanischer Verstellung und Anpressung

Info

Publication number: DE102011083796A1
Application number: DE201110083796
Authority: DE
Inventors: Bernhard Walter
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-10-18
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2012-04-19
Also published as: CN103180642B; JP2013540245A; CN103180642A; WO2012051985A3; DE112011103500A5; WO2012051985A2; JP5907976B2

Abstract

Es ist ein CVT-Getriebe zur im Wesentlichen stufenlos einstellbaren Übertragung eines Drehmoments vorgesehen, mit einem eingangsseitigen ersten Kegelscheibenpaar mit einer in axialer Richtung relativ zu einer ersten Gegenscheibe bewegbaren ersten Verstellscheibe, einem ausgangsseitigen zweiten Kegelscheibenpaar mit einer in axialer Richtung relativ zu einer zweiten Gegenscheibe bewegbaren zweiten Verstellscheibe, einem von dem ersten Kegelscheibenpaar und dem zweiten Kegelscheibenpaar aufgenommenen Umschlingungsmittel zur Drehmomentübertragung von dem ersten Kegelscheibenpaar zu dem zweiten Kegelscheibenpaar, einer insbesondere elektrisch betriebenen ersten Verstelleinrichtung zum Verpressen des Umschlingungsmittels zwischen der ersten Gegenscheibe und der ersten Verstellscheibe und einer insbesondere elektrisch betriebenen zweiten Verstelleinrichtung zum Verpressen des Umschlingungsmittels zwischen der zweiten Gegenscheibe und der zweiten Verstellscheibe, wobei die zweite Verstelleinrichtung zur Variation der Vorspannung des Umschlingungsmittels unabhängig von der ersten Verstelleinrichtung betätigbar ist. Dadurch weist das CVT-Getriebe über einen großen Drehmomentbereich einen geringen Verschleiß auf.

Description

Die Erfindung betrifft CVT-Getriebe, mit dessen Hilfe eine Übertragung eines Drehmoments beispielsweise von einem Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs stufenlos eingestellt werden kann.
Beispielsweise aus JP 2005036855A ist ein als Umschlingungsgetriebe ausgestaltetes CVT-Getriebe für kleinere Leistungsbereiche bekannt. Das CVT-Getriebe weist zwei über einen Kunststoffriemen miteinander gekoppelte Kegelscheibenpaare auf, bei denen jeweils eine Kegelscheibe relativ zu einer feststehenden Kegelscheibe axial verschoben werden kann, wodurch der Riemen auf unterschiedlichen Radien an den jeweiligen Kegelscheibenpaar angreifen kann, um das Übersetzungsverhältnis zu ändern. Zum axialen Verschieben der Kegelscheibenpaare wird genau eine Verstelleinrichtung verwendet, die an dem eingangsseitigen Kegelscheibenpaar eine Kegelscheibe verschiebt und über eine Zahnradverbindung mit der axial verschiebbaren Kegelscheibe des ausgangsseitigen Kegelscheibenpaares zwangsgekoppelt ist.
Ein derartige CVT-Getriebe wird bevorzugt für vergleichsweise geringe Leistungsbereiche und Drehmomentbereiche eingesetzt, da für höhere Leistungsbereiche und Drehmomentbereiche besonders hohe Reibungskräfte zwischen dem Kunststoffriemen und den Kegelscheibenpaaren vorgesehen werden müssen, um ein Durchrutschen des Riemens an den Kegelscheiben zu vermeiden. Dies führt zu einem hohem Verschleiß und einer geringen Lebensdauer eines derartigen CVT-Getriebes.
Es ist die Aufgabe der Erfindung ein CVT-Getriebe zu schaffen, das über einen hohen Drehmomentbereich einen geringen Verschleiß ermöglicht.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße CVT-Getriebe zur im Wesentlichen stufenlos einstellbaren Übertragung eines Drehmoments weist ein eingangsseitiges erstes Kegelscheibenpaar mit einer in axialer Richtung relativ zu einer ersten Gegenscheibe bewegbaren ersten Verstellscheibe auf. Ferner ist ein ausgangsseitiges zweites Kegelscheibenpaar mit einer in axialer Richtung relativ zu einer zweiten Gegenscheibe bewegbaren zweiten Verstellscheibe vorgesehen, wobei ein von dem ersten Kegelscheibenpaar oder dem zweiten Kegelscheibenpaar aufgenommenes Umschlingungsmittel zur Drehmomentübertragung von dem ersten Kegelscheibenpaar zu dem zweiten Kegelscheibenpaar vorgesehen ist. Zusätzlich ist eine insbesondere elektrisch betriebene erste Verstelleinrichtung zum Verpressen des Umschlingungsmittels zwischen der ersten Gegenscheibe und der ersten Verstellscheibe und eine insbesondere elektrisch betriebene zweite Verstelleinrichtung zum Verpressen des Umschlingungsmittels zwischen der zweiten Gegenscheibe und der zweiten Verstellscheibe vorgesehen, wobei die zweite Verstelleinrichtung zur Variation der Vorspannung des Umschlingungsmittels unabhängig von der ersten Verstelleinrichtung betätigbar ist.
Da die erste Verstelleinrichtung und die zweite Verstelleinrichtung unabhängig voneinander betätigt werden können, ist es möglich die axiale relative Verschiebbarkeit des ersten Kegelscheibenpaares unabhängig von dem zweiten Kegelscheibenpaar vorzunehmen. Eine Zwangskopplung der axialen Verschiebbarkeit des ersten Kegelscheibenpaares zum zweiten Kegelscheibenpaar ist aufgehoben. Dies ermöglicht es nicht nur eine Veränderung der Übersetzung herbeizuführen sondern auch die Vorspannung und/oder axiale Anpressung des Umschlingungsmittels, insbesondere ein Riemen, Keilriemen, Lamellenkette oder ähnliches, bedarfsgerecht zu ändern. Vorzugsweise ist die Vorspannung des Umschlingungsmittels in Abhängigkeit von dem zu übertragenen Drehmoment beziehungsweise in Abhängigkeit der in das CVT-Getriebe eingeleiteten Leistung einstellbar. Bei einem geringen Drehmoment kann für das Umschlingungsmittel eine vergleichbare geringe Vorspannung gewählt werden, die aber immer noch eine Drehmomentübertragung mit minimalen Schlupf ermöglicht. Bei einem höheren Drehmoment kann durch ein Aufeinanderpressen der Verstellscheibe auf die Gegenscheibe des ersten Kegelscheibenpaares und/oder des zweiten Kegelscheibenpaares die Vorspannung in dem Umschlingungsmittel erhöht werden, so dass auch ein höheres Drehmoment mit minimalen Schlupf übertragen werden kann. Dadurch ist das CVT-Getriebe in der Lage über einen vergleichsweise großen Drehmomentbereich mit einem geringen Verschleiß ein Drehmoment zu übertragen. Eine unnötige Belastung der beteiligten Bauteile, insbesondere bei niedrigeren Drehmomenten, wird dadurch vermieden. Insbesondere ist es möglich je nach Situation einen möglichst verschleißarmen Betriebszustand für das CVT-Getriebe einzustellen.
Ein CVT-Getriebe ist ein Getriebe, das eine im Wesentlichen stufenlos verstellbare Übersetzung ermöglicht (CVT: „Continuously variable transmission”). Ein derartiges stufenlos verstellbares Getriebe kann entsprechend der Geometrie der über das Zugmittel miteinander in Wirkverbindung stehenden Kegelscheibenpaaren zwischen einer radial maximal weit innen liegenden Position und einer radial maximal weit außen liegenden Position ein Übersetzungsverhältnis zur Wandlung eines eingeleiteten Drehmoments und einer eingeleiteten Drehzahl einstellen. Die Verstelleinrichtung kann pneumatisch und/oder hydraulisch betrieben werden. Insbesondere ist die erste Verstelleinrichtung und/oder die zweite Verstelleinrichtung als Elektromotor ausgestaltet. Die Leistungen der Elektromotoren können eingangsseitig und ausgangsseitig unterschiedlich sein. Die Eingangsseite weist vorzugsweise einen stärkeren Elektromotor auf. Die erste Verstelleinrichtung kann eine Leistung in der Größenordnung von etwa 1 kW aufweisen, während die zweite Verstelleinrichtung eine Leistung von sogar kleiner 1 kW aufweisen kann. Mit diesen Werten lässt sich auch eine Leistungselektronik (Steuer- und Regeleinheit) noch kostengünstig realisieren. Vorzugsweise ist bei dem ersten Kegelscheibenpaar und/oder bei dem zweiten Kegelscheibenpaar die jeweilige Gegenscheibe axial unbeweglich mit einer Welle verbunden, wobei nur die jeweilige Verstellscheibe relativ zu der Welle axial verschiebbar ausgestaltet ist. Es ist aber auch möglich, dass sowohl die Gegenscheibe als auch die Verstellscheibe axial bewegbar zu der Welle ausgestaltet ist. Besonders bevorzugt sind die erste Verstelleinrichtung und/oder die zweite Verstelleinrichtung insbesondere über einen CAN-Bus mit einer Motorsteuerung verbunden, so dass besonders frühzeitig auf eine Veränderung der von einem Motor abgegebenen Leistung an das CVT-Getriebe reagiert werden kann. Beispielsweise kann bereits bei einer Betätigung eines Gaspedals eines Kraftfahrzeugs die Vorspannung des Umschlingungsmittels erhöht werden, bevor eine erhöhte Leistung und/oder ein erhöhtes Drehmoment in das CVT-Getriebe eingeleitet wird. Das CVT-Getriebe ist insbesondere für Kraftfahrzeuge, Schneemobile, All Terrain Vehicle („ATV”), Fun-Bikes, Zweiräder, Aufsitzmäher und dergleichen geeignet. Das Umschlingungsmittel kann insbesondere mit einem Schmiermittel, vorzugsweise Öl, zumindest teilweise benetzt werden, um Verschleiß zu reduzieren und die beteiligten Baukomponenten zu schützen.
Insbesondere ist ein Getriebegehäuse vorgesehen, wobei das Getriebegehäuse das Umschlingungsmittel umfasst und zumindest teilweise mit einem Schmiermittel zur Schmierung und Kühlung des Umschlingungsmittels gefüllt ist. Beispielsweise kann das Getriebegehäuse einen Schmiermittelsumpf aufweisen, durch den das Umschlingungsmittel hindurch geführt ist. Das Umschlingungsmittel ist insbesondere als Laschenkette ausgeführt, die mit dem Schmiermittel, insbesondere Öl, benetzt sein kann. Durch das Schmiermittel kann Verschleiß reduziert werden und/oder das Umschlingungsmittel sowie die Kegelscheibenpaare gekühlt werden, wodurch ebenfalls ein Verschleiß reduziert werden kann. Das Getriebegehäuse weist insbesondere eine hinreichende Dichtheit auf, damit im normalen Betrieb des CVT-Getriebes im Wesentlichen kein Schmiermittel unbeabsichtigt aus dem Getriebegehäuse austreten kann. Das Getriebegehäuse ist besonders bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere durch Kunststoffspritzguss, hergestellt.
Vorzugsweise ist ein Stützkäfig zur Aufnahme von Axialkräften und/oder Radialkräften des ersten Kegelscheiben paares und/oder des zweiten Kegelscheibenpaares vorgesehen, wobei der Stützkäfig insbesondere innerhalb des Getriebegehäuses vorgesehen ist. Vorzugsweise erfolgt die Abtragung mechanischer Lasten der Kegelscheibenpaare im Wesentlichen ausschließlich über den Stützkäfig und/oder innerhalb des Stützkäfigs. Der Stützkäfig kann hierzu insbesondere aus einem metallischen Material, insbesondere Stahl, hergestellt sein. Alternativ kann der Stützkäfig aus Kunststoff hergestellt sein. Der Stützkäfig ist vorzugsweise aus einem Blech ausgestanzt und beispielsweise durch Tiefziehen spanlos umgeformt. Ferner kann der Stützkäfig ein integriertes Zahnrad für den verstellantrieb aufweisen. Insbesondere ist es nicht erforderlich, dass der Stützkäfig zur Aufnahme des Schmiermittels fluiddicht ist. Insbesondere kann der Stützkäfig Aussparungen aufweisen, um beispielsweise bei der Montage eine Sicht ins Innere des Stützkäfigs zu ermöglichen. Ferner kann durch die Aussparungen angesammeltes Fluid abfließen. Besonders bevorzugt weist der Stützkäfig mehrere Anlageflächen auf, über die der Stützkäfig an dem äußeren Getriebegehäuse abgestützt ist. Durch die Aufnahme der Hauptbelastungen und Lagerkräfte des CVT-Getriebes durch den Stützkäfig, werden über die Anlageflächen zum äußeren Getriebegehäuse nur geringe Belastungen weitergegeben, so dass für das äußere Getriebegehäuse ein Material mit einer geringeren Festigkeit, beispielsweise Kunststoff, verwendet werden kann.
Besonders bevorzugt ist das Getriebegehäuse und/oder der Stützkäfig zumindest zweischalig ausgestaltet. Bei der Montage des CVT-Getriebes können das Umschlingungsmittel und die Kegelscheibenpaare in eine Schale des Stützkäfigs und/oder des Getriebegehäuses eingesetzt und befestigt werden. Ferner ist es möglich Teile der ersten Verstelleinrichtung und/oder der zweiten Verstelleinrichtung in diese Schale einzulegen und zu befestigen. Anschließend kann mit Hilfe einer zweiten Schale des Stützkäfigs und/oder des Getriebegehäuses die eingesetzten Bauteile abgedeckt werden. Die zumindest zwei Schalen des Stützkäfigs und/oder des Getriebegehäuses können hierzu beispielsweise miteinander lösbar oder unlösbar verbunden werden. Beispielsweise können die Schalen verschraubt, vernietet, verlötet, verschweißt, verklebt werden. Besonders bevorzugt sind die Schalen des Stützkäfigs spielfrei und unlösbar durch Vibrationen verschweißt oder vernietet.
Insbesondere ist der Stützkäfig über einen Schwingungsdämpfer an dem Getriebegehäuse abgestützt. Bei der Drehmomentübertragung mit Hilfe der Kegelscheibenpaare auftretende Schwingungen können dadurch bereits innerhalb des CVT-Getriebes gedämpft werden. Eine Belastung von Bauteilen durch Schwingungen und/oder Geräuschentwicklungen können dadurch vermieden oder zumindest reduziert werden. Als Schwingungsdämpfer kann beispielsweise ein gummielastisches Element, eine Feder, beispielsweise Blattfeder verwendet werden.
Vorzugsweise ist ein mit dem zweiten Kegelscheibenpaar gekoppeltes Übertragungsgetriebe, insbesondere Differentialgetriebe, vorgesehen, wobei das Übertragungsgetriebe insbesondere innerhalb des Getriebegehäuses und/oder innerhalb des Stützkäfigs angeordnet und vorzugsweise mit dem Stützkäfig verbunden ist. Das Übertragungsgetriebe ist insbesondere über die Ausgangswelle mit dem zweiten Kegelscheibenpaar gekoppelt. Dadurch ist es insbesondere möglich die Lagerkräfte eines weiteren Übertragungsgetriebes, insbesondere ein Differentialgetriebe, vorzugsweise über den Stützkäfig abzustützen und das äußere Getriebegehäuse von den Hauptgetriebebelastungen freizuhalten. Ferner ergibt sich eine kompakte Bauweise, so dass das CVT-Getriebe für eine Vielzahl unterschiedliche Antriebsstränge unterschiedlicher Kraftfahrzeuge verwendet werden kann.
Besonders bevorzugt ist ein erster Axialkraftsensor zur Messung einer von der ersten Verstellscheibe aufgebrachten Axialkraft und/oder ein zweiter Axialkraftsensor zur Messung einer von der zweiten Verstellscheibe aufgebrachten Axialkraft vorgesehen. Der Axialkraftsensor kann insbesondere in ein Axiallager, insbesondere ein Gewindespindelaxiallager eines Gewindetriebs, insbesondere Planetenwälzgewindespindeltriebs, zum Antrieb der Verstelleinrichtung integriert sein. Durch den jeweiligen Axialkraftsensor kann die Anpresskraft des jeweiligen Kegelscheibenpaares auf das Umschlingungsmittel abgeschätzt werden. Dies erleichtert eine Regelung der Vorspannkraft des Umschlingungsmittels. Ferner ist es möglich beispielsweise durch Verschleiß bedingte axiale Fehlstellungen der Verstellscheibe zur Gegenscheibe nachzustellen und zu kompensieren. Zusätzlich oder alternativ kann ein erster Drehzahlsensor zum Messen der Drehzahl des ersten Kegelscheibenpaares und/oder ein zweiter Drehzahlsensor zur Messung der Drehzahl des zweiten Kegelscheibenpaares vorgesehen sein. Zusätzlich oder alternativ kann ein erster Wegmesser zur Messung eines axialen Verschiebungswegs des ersten Kegelscheibenpaares und/oder ein zweiter Wegmesser zur Messung eines axialen Verschiebungswegs des zweiten Kegelscheibenpaares vorgesehen sein. Die axiale Verstellung des jeweiligen Kegelscheibenpaares können dadurch besonders exakt und vorzugsweise redundant überprüft und/oder geregelt werden. Besonders bevorzugt weist der jeweilige Axialkraftsensor ein Piezo-Element auf, so dass eine auf den Axialkraftsensor aufgebrachte Kraft direkt in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt werden kann. Der Axialkraftsensor kann dadurch besonders klein ausgestaltet sein. Besonders bevorzugt ist der Axialkraftsensor hierbei in das Hauptaxiallager auf der Seite der Verstellscheibe oder in das Axiallager der Verstellspindeleinheit integriert. Die Messung mit Hilfe des Drehzahlsensors und/oder mit Hilfe des Wegmessers erfolgt vorzugsweise induktiv.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Verstelleinrichtung ein erstes Motorgehäuse mit einer axialen Erstreckung L₁ und einer radialen Erstreckung D₁ aufweist, wobei 1,0 ≤ D₁/L₁ ≤ 5,0, insbesondere 1,3 ≤ D₁/L₁ ≤ 3,5, vorzugsweise 1,5 ≤ D₁/L₁ ≤ 2,5 und besonders bevorzugt D₁/L₁ = 2,0 ± 0,3 gilt, und/oder die zweite Verstelleinrichtung ein zweites Motorgehäuse mit einen axialen Erstreckung L₂ und einer radialen Erstreckung D₂ aufweist, wobei 1,0 ≤ D₂/L₂ ≤ 5,0, insbesondere 1,3 ≤ D₂/L₂ ≤ 3,5, vorzugsweise 1,5 ≤ D₂/L₂ ≤ 2,5 und besonders bevorzugt D₂/L₂ = 2,0 ± 0,3 gilt. Dadurch, dass die jeweilige Verstelleinrichtung eine größere radiale Erstreckung als axiale Erstreckung aufweist, können das Motorgehäuse und die jeweiligen Motorkomponenten der Verstelleinrichtung bauraumoptimal zumindest teilweise in radialer Richtung hinter dem jeweiligen Kegelscheibenpaar versetzt vorgesehen sein. Dies führt zu einem kompakten bauraumsparenden Aufbau des CVT-Getriebes. Vorzugsweise weisen die Motorgehäuse unterschiedliche Abmaße auf und weisen jeweils unterschiedlich groß dimensionierte Motoren mit unterschiedlichen Motorleistungen auf. Beispielsweise kann der größere Motor eine Motorleistung von ca. 1 kW aufweisen. Die Motoren können über eine Motorwelle und eine Zahnradstufe mit einem Gewindetrieb, insbesondere Planetenwälzgewindespindeltriebs, zum Antrieb der Verstelleinrichtung gekoppelt sein.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste Verstelleinrichtung über einen selbsthemmenden ersten Gewindetrieb, insbesondere ein erster Planetenwälzgewindespindeltrieb, mit der ersten Verstellscheibe gekoppelt ist, wobei insbesondere der erste Gewindetrieb über ein erstes Spindelradiallager vorzugsweise an der ersten Verstellscheibe abgestützt ist und/oder die zweite Verstelleinrichtung über einen selbsthemmenden zweiten Gewindetrieb, insbesondere ein zweiter Planetenwälzgewindespindeltrieb, mit der zweiten Verstellscheibe gekoppelt ist, wobei insbesondere der zweite Gewindetrieb über ein zweites Spindelradiallager vorzugsweise an der zweiten Verstellscheibe abgestützt ist. Das jeweilige Spindelradiallager kann sich an einem Axiallagerring der zugeordneten Verstellscheibe abstützen. Durch den jeweiligen Gewindetrieb kann bei einem vergleichsweise geringen Bauraumbedarf eine ausreichende Übersetzung zwischen der jeweiligen Verstelleinrichtung und dem zugeordneten Kegelscheibenpaar erreicht werden. Durch das jeweilige Spindelradiallager, das sich bevorzugt am Lagerring des Hauptaxiallagers der Verstellscheibe abstützt, kann der Gewindetrieb, insbesondere eine Spindel, gegen radialer Verformung unter Last abgestützt sein. Der Gewindetrieb kann dadurch kostengünstiger hergestellt werden ohne einen erhöhten Verschleiß in Kauf nehmen zu müssen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die ersten Gegenscheibe über ein als Rollenlager ausgestaltetes erstes Gegenscheibenaxiallager abgestützt ist und/oder die zweite Gegenscheibe über ein als Rollenlager ausgestaltetes zweites Gegenscheibenaxiallager abgestützt ist. Zusätzlich oder alternativ ist die erste Verstellscheibe und/oder die zweite Verstellscheibe über ein insbesondere als Rollenlager ausgestaltetes Verstellscheibenaxiallager abgestützt. Das Rollenlager kann besonders einfach zur Aufnahme höherer axialer Lasten ausgestaltet sein. Das jeweilige Kegelscheibenpaar kann dadurch über das Rollenlager auch bei einer höheren Vorspannung des Umschlingungsmittels und/oder höheren zu übertragenen Drehmomenten ausreichend abgestützt sein. Vorzugsweise ist das jeweilige Gegenscheibenaxiallager von den Verformungen der Gegenscheibenlauffläche für das Umschlingungsmittel der jeweiligen Gegenscheibe entkoppelt. Diese Entkoppelung kann dadurch ausgeführt sein, indem die zur zugeordneten Gegenscheibe gerichtete Axiallagerlaufbahnfläche des Gegenscheibenaxiallagers auf ihrer Rückseite freigelegt ausgeführt ist.
Besonders bevorzugt ist das erste Kegelscheibenpaar im Wesentlichen gleichartig zum zweiten Kegelscheibenpaar ausgestaltet. Insbesondere kann die erste Gegenscheibe im Wesentlichen identisch zur zweiten Gegenscheibe ausgestaltet sein und/oder die erste Verstellscheibe ist im Wesentlichen identisch zur zweiten Verstellscheibe ausgestaltet. Dies ermöglicht die Verwendung einer Vielzahl von Gleichteilen, wodurch die Herstellung kostengünstiger erfolgen kann. Erforderlichenfalls kann sich das erste Kegelscheibenpaar von dem zweiten kegelscheibenpaar nur durch die jeweils verwendete Welle unterscheiden und vorzugsweise im Übrigen identisch ausgestaltet sein. Zusätzlich oder alternativ können Lagerungen für die jeweilige Verstellscheibe und/oder für die jeweilige Gegenscheibe identisch ausgestaltet sein. Besonders bevorzugt kombiniert die jeweilige Lagerung ein Axiallager mit einem Radiallager.
Insbesondere ist die erste Verstellscheibe über ein insbesondere als Rollenlager ausgestaltetes erstes Verstellscheibenaxiallager abgestützt und/oder die zweite Verstellscheibe ist über ein insbesondere als Rollenlager ausgestaltetes zweites Verstellscheibenaxiallager abgestützt. Vorzugsweise ist die jeweilige Verstellscheibe über einen Lagerring an dem jeweiligen Verstellscheibenaxiallager abgestützt. Der Lagerring kann eine Laufbahn für das jeweilige Verstellscheibenaxiallager ausbilden und gleichzeitig die jeweilige Verstellscheibe insbesondere in radialer Richtung versteifen.
Die Erfindung betrifft ferner einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer mit dem CVT-Getriebe, das wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, verbunden ist. Durch das CVT-Getriebe weist der Antriebsstrang über einen hohen Drehmomentbereich einen geringen Verschleiß auf.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
1: eine schematische Schnittansicht eines CVT-Getriebes,
2: eine schematische Detaildarstellung eines eingangsseitigen Kegelscheibenpaares des CVT-Getriebes aus 1,
3: eine schematische Detaildarstellung einer alternativen Ausführungsform eins eingangsseitigen ersten Kegelscheibenpaares und
4: eine schematische perspektivische Ansicht des CVT-Getriebes aus 1.
Das in 1 dargestellte CVT-Getriebe 10 weist ein flüssigkeitsdichtes Getriebegehäuse 12 auf, das im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer ersten Gehäuseschale 14 und einer zweiten Gehäuseschale 16 besteht, die miteinander verschraubt sind. Die erste Gehäuseschale 14 und/oder die zweite Gehäuseschale 16 kann aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein. Innerhalb des Getriebegehäuses 12 ist eingangsseitig ein erster Variator 18 und ausgangsseitig ein zweiter Variator 20 vorgesehen, die über eine Laschenkette 22 miteinander gekoppelt sind. Der zweite Variator 20 kann analog zum ersten Variator 18 ausgestaltet sein, wobei der erste Variator 18 spiegelbildlich zum zweiten Variator 20 angeordnet sein kann. Der erste Variator 18 weist eine Eingangswelle 24 auf, die mit einem ersten Kegelscheibenpaar 26 verbunden ist. Das erste Kegelscheibenpaar 26 weist eine in axialer Richtung unbeweglich zur Eingangswelle 24 angeordnete erste Gegenscheibe 28 auf, auf die mit Hilfe einer ersten Verstelleinrichtung 30 eine erste Verstellscheibe 32 zu bewegt werden kann, um die Laschenkette 22 zwischen der ersten Gegenscheibe 28 und der ersten Verstellscheibe 32 reibschlüssig zu verpressen. Entsprechend weist der zweite Variator 20 eine Ausgangswelle 34 auf, die mit einem zweiten Kegelscheibenpaar 36 verbunden ist. Das zweite Kegelscheibenpaar 36 weist eine zweite Gegenscheibe 38 auf, die fest mit der Ausgangswelle 34 verbunden ist. Ferner weist das zweite Kegelscheibenpaar 36 eine relativ zur zweiten Gegenscheibe 38 axial entlang der Ausgangswelle 34 bewegbare zweite Verstellscheibe 40 auf, die mit Hilfe einer zweiten Verstelleinrichtung 42 bewegt werden kann, um die Laschenkette 22 zwischen der zweiten Gegenscheibe 38 und der zweiten Verstellscheibe 40 zu verpressen. Die erste Verstelleinrichtung 30 und die zweite Verstelleinrichtung 42 können unabhängig voneinander betrieben werden, so dass es möglich ist über unterschiedlichen axiale Verstellwege der jeweiligen Verstellscheibe 32, 40 zur jeweiligen Gegenscheibe 28, 38 die Vorspannung innerhalb der Laschenkette 22 an ein zu übertragendes Drehmoment verschleißgünstig anzupassen. Hierzu kann insbesondere das Getriebegehäuse 12 ganz oder teilweise mit einem Schmiermittel, insbesondere Öl, gefüllt sein, so dass insbesondere die Laschenkette 22 ganz oder teilweise in dem eingefüllten Schmiermittel hindurchbewegt wird.
Der erste Variator 18 und der zweite Variator 20 sind zur Abtragung von auftretenden Axialkräften und Radialkräften mit einem Stützkäfig 44 verbunden, der im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer ersten Käfigschale 46 und einer zweiten Käfigschale 48 besteht. Die erste Käfigschale 46 und die zweite Käfigschale 48 können nach der Montage des ersten Variators 18 und des zweiten Variators 20 in der jeweiligen Käfigschale 46,48 verschweißt oder vernietet werden. Der Stützkäfig 44 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel über verschiedene Schwingungsdämpfer 80, beispielsweise gummielastische Elemente, schwingungsgedämpft an dem Getriebegehäuse 12 abgestützt.
Wie in 2 dargestellt, kann die Eingangswelle 24 über Radiallager 50 an dem Stützkäfig 44 abgestützt sein. Diese Abstützung kann mittelbar über einen Lagerring 52 erfolgen, an dem sich ebenfalls ein erstes Gegenscheibenaxiallager 54 der ersten Gegenscheibe 28 in Form eines Rollenlagers abstützen kann. Entsprechend kann sich die erste Verstellscheibe über ein als Rollenlager ausgestaltetes erstes Verstellscheibenaxiallager 56 an einem weiteren Lagerring 58 abstützen, der einen ersten Kegelscheibenhals 60 für die erste Verstellscheibe 32 versteift. Zur Bewegung der ersten Verstellscheibe 32 kann mit Hilfe der ersten Verstelleinrichtung 30 ein erstes Ritzel 62 angetrieben werden, das mit einem ersten Zahnrad 64 kämmt. Die erste Verstelleinrichtung 30 ist über eine erste Motorwelle 74 mit dem ersten Ritzel 62 verbunden. Mit Hilfe des ersten Zahnrads 64 kann eine erste Planetenwälzgewindespindel 66 (PWG) angetrieben werden, um die erste Verstellscheibe 32 axial zu verschieben. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Planetenwälzgewindespindel 66 zusätzlich über ein erstes Spindelradiallager 75 in radialer Richtung an dem weiteren Lagerring 58 abgestützt, um eine radiale Verformung der ersten Planetenwälzgewindespindel 66 unter Last zu vermeiden. Die erste Planetenwälzgewindespindel 66 kann sich in axialer Richtung an einem ersten Gewindespindelaxiallager 69 mit einem Axialkraftsensor 68 abstützen, wodurch es möglich ist die in axialer Richtung von der ersten Verstellscheibe 32 aufgebrachte Axialkraft abschätzen zu können. Zusätzlich ist es möglich mit Hilfe eines induktiven ersten Wegmessers 70 den Verstellweg der ersten Verstellscheibe 32 zu messen. Darüber hinaus kann mit Hilfe eines induktiven ersten Drehzahlsensors 72 in Zusammenwirkung mit der ersten Gegenscheibe 28 die aktuelle Drehzahl gemessen werden.
Wie in 3 dargestellt, kann im Vergleich zu der in 2 dargestellten Ausführungsform des CVT-Getriebes 10 zwischen dem ersten Ritzel 62 und dem ersten Zahnrad 64 eine erste Zwischenzahnradstufe 76 vorgesehen sein. Die erste Zwischenzahnradstufe 76 kann über ein erstes Zwischenlager 78 an dem Stützkäfig 44 abgestützt sein.
Wie in 4 dargestellt kann der Gehäusekäfig 44 mehrere Aussparungen 82 aufweisen, die es erleichtern die korrekte Montage des ersten Variators 18 und des zweiten Variators 20 zu überprüfen. Zusätzlich kann angesammeltes Fluid über die Aussparungen 82 abfließen. Es ist nicht erforderlich, dass der Stützkäfig 44 flüssigkeitsdicht ausgestaltet ist.
Bezugszeichenliste

10: CVT-Getriebe
12: Getriebegehäuse
14: erste Gehäuseschale
16: zweite Gehäuseschale
18: erster Variator
20: zweiter Variator
22: Laschenkette
24: Eingangswelle
26: erstes Kegelscheibenpaar
28: erste Gegenscheibe
30: erste Verstelleinrichtung
32: erste Verstellscheibe
34: Ausgangswelle
36: zweites Kegelscheibenpaar
38: zweite Gegenscheibe
40: zweite Verstellscheibe
42: zweite Verstelleinrichtung
44: Stützkäfig
46: erste Käfigschale
48: zweite Käfigschale
50: Radiallager
52: Lagerring
54: ersten Gegenscheibenaxiallager
56: erstes Verstellscheibenaxiallager
58: weiterer Lagerring
60: erster Kegelscheibenhals
62: erstes Ritzel
64: erstes Zahnrad
66: erste Planetenwälzgewindespindel
68: erster Axialkraftsensor
69: erstes Gewindespindelaxiallager
70: erster Wegmesser
72: erster Drehzahlsensor
74: erste Motorwelle
75: erstes Spindelradiallager
76: erste Zwischenzahnradstufe
78: erstes Zwischenlager
80: Schwingungsdämpfer
82: Aussparung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005036855 A [0002]

Claims

CVT-Getriebe zur im Wesentlichen stufenlos einstellbaren Übertragung eines Drehmoments, mit einem eingangsseitigen ersten Kegelscheibenpaar (26) mit einer in axialer Richtung relativ zu einer ersten Gegenscheibe (28) bewegbaren ersten Verstellscheibe (32), einem ausgangsseitigen zweiten Kegelscheibenpaar (36) mit einer in axialer Richtung relativ zu einer zweiten Gegenscheibe (38) bewegbaren zweiten Verstellscheibe (40), einem von dem ersten Kegelscheibenpaar (26) und dem zweiten Kegelscheibenpaar (36) aufgenommenen Umschlingungsmittel (22) zur Drehmomentübertragung von dem ersten Kegelscheibenpaar (26) zu dem zweiten Kegelscheibenpaar (36), einer insbesondere elektrisch betriebenen ersten Verstelleinrichtung (30) zum Verpressen des Umschlingungsmittels (22) zwischen der ersten Gegenscheibe (28) und der ersten Verstellscheibe (32) und einer insbesondere elektrisch betriebenen zweiten Verstelleinrichtung (42) zum Verpressen des Umschlingungsmittels (22) zwischen der zweiten Gegenscheibe (38) und der zweiten Verstellscheibe (40 wobei die zweite Verstelleinrichtung (42) zur Variation der Vorspannung des Umschlingungsmittels (22) unabhängig von der ersten Verstelleinrichtung (30) betätigbar ist.
CVT-Getriebe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein Getriebegehäuse (12) vorgesehen ist, wobei das Getriebegehäuse (12) das Umschlingungsmittel (22) umfasst und zumindest teilweise mit einem Schmiermittel zur Schmierung und Kühlung des Umschlingungsmittels (22) gefüllt ist.
CVT-Getriebe nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass ein Stützkäfig (44) zur Aufnahme von Axialkräften und/oder Radialkräften des ersten Kegelscheibenpaares (26) und/oder des zweiten Kegelscheibenpaares (36) vorgesehen ist, wobei der Stützkäfig (44) insbesondere innerhalb des Getriebegehäuses (12) vorgesehen ist.
CVT-Getriebe nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebegehäuse (12) und/oder der Stützkäfig (44) zumindest zweischalig ausgestaltet ist.
CVT-Getriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkäfig (44) über einen Schwingungsdämpfer (80) an dem Getriebegehäuse (12) abgestützt ist.
CVT-Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem zweiten Kegelscheibenpaar (36) gekoppeltes Übertragungsgetriebe, insbesondere Differentialgetriebe, vorgesehen ist, wobei das Übertragungsgetriebe insbesondere innerhalb des Getriebegehäuses (12) und/oder innerhalb der Stützkäfigs (44) angeordnet und vorzugsweise mit dem Stützkäfig (44) verbunden ist.
CVT-Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Axialkraftsensor (68) zur Messung einer von der ersten Verstellscheibe (32) aufgebrachten Axialkraft und/oder ein zweiter Axialkraftsensor zur Messung einer von der zweiten Verstellscheibe (40) aufgebrachten Axialkraft vorgesehen ist.
CVT-Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verstelleinrichtung (30) ein erstes Motorgehäuse mit einen axialen Erstreckung L₁ und einer radialen Erstreckung D₁ aufweist, wobei 1,0 ≤ D₁/L₁ ≤ 5,0, insbesondere 1,3 ≤ D₁/L₁ ≤ 3,5, vorzugsweise 1,5 ≤ D₁/L₁ ≤ 2,5 und besonders bevorzugt D₁/L₁ = 2,0 ± 0,3 gilt, und/oder die zweite Verstelleinrichtung (42) ein zweites Motorgehäuse mit einer axialen Erstreckung L₂ und einer radialen Erstreckung D₂ aufweist, wobei 1,0 ≤ D₂/1₂ ≤ 5,0, insbesondere 1,3 ≤ D₂/L₂ ≤ 3,5, vorzugsweise 1,5 ≤ D₂/L₂ ≤ 2,5 und besonders bevorzugt D₂/L₂ = 2,0 ± 0,3 gilt.
CVT-Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verstelleinrichtung (30) über einen selbsthemmenden ersten Gewindetrieb, insbesondere ein erster Planetenwälzgewindespindeltrieb (66), mit der ersten Verstellscheibe (32) gekoppelt ist, wobei insbesondere der erste Gewindetrieb (32) über ein erstes Spindelradiallager (75) vorzugsweise an der ersten Verstellscheibe (30) abgestützt ist, und/oder die zweite Verstelleinrichtung (42) über einen selbsthemmenden zweiten Gewindetrieb, insbesondere ein zweiter Planetenwälzgewindespindeltrieb, mit der zweiten Verstellscheibe (40) gekoppelt ist, wobei insbesondere der zweite Gewindetrieb über ein zweites Spindelradiallager vorzugsweise an der zweiten Verstellscheibe (40) abgestützt ist.
CVT-Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gegenscheibe (28) über ein als Rollenlager ausgestaltetes erstes Gegenscheibenaxiallager (54) abgestützt ist und/oder die zweite Gegenscheibe (38) über ein als Rollenlager ausgestaltetes zweites Gegenscheibenaxiallager abgestützt ist.