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Die Erfindung betrifft ein stufenlos verstellbares Kegelscheibenumschlingungsgetriebe (CVT), welches als Getriebe unter anderem für den Einsatz in Front-Quer-Anordnung oder in Bauraum kritischen Situationen verwendet werden soll.
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Insbesondere betrifft das CVT-Getriebe ein so genanntes High-Value-CVT, welches für kleinere und mittlere Motorisierungen vorgesehen ist und kostengünstig herstellbar sein soll. Solche Getriebe sind auch besonders für das sogenannte downsizing geeignet.
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Das erfindungsgemäße Getriebe ist als Zwei-Wellen-Getriebe aufgebaut, wobei ein zweistufiger Planetensatz für die Vorwärts-Rückwärtsfahrt sowie ein Differenzialgetriebe an einen Scheibensatz angebunden sind.
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Das genannte CVT zeichnet sich insbesondere durch folgende Punkte aus:
- – es handelt sich um eine kostengünstige Getriebeeinheit mit einem nachgeschalteten besonders kompakten 2-Gang-Getriebe inklusive Differenzialgetriebe;
- – das Getriebe ist als reines Zwei-Wellen-Getriebe aufgebaut und ist damit besonders für den Antriebsstrang in kleinsten PKWs geeignet; Zwei-Wellen-Getriebe bedeutet, dass in dem Getriebe lediglich Wellen in zwei Achsen vorhanden sind.
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Die vorab angegebene Aufgabe ist bei einem Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, mit zwei gegensinnig verstellbaren Kegelscheibenpaaren, einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle, einer Anfahrkupplung, einem Planetenwendesatz und einem Differenzialgetriebe dadurch gelöst, dass die Kegelscheibenpaare, die Anfahrkupplung, der Planetenwendesatz und das Differenzialgetriebe konzentrisch oder koaxial zu den Mittelachsen der Eingangsbeziehungsweise Ausgangswelle angeordnet sind. Das erfindungsgemäße Kegelscheibenumschlingungsgetriebe hat gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung nur zwei Axialkomponenten.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenwendesatz als 2-Ganggetriebe (Vorwärts, Rückwärts) und das Differenzialgetriebe dem ausgangsseitigen Kegelscheibenpaar nachgeschaltet sind. Der Planetenwendesatz und das Differenzialgetriebe sind vorzugsweise in einem Planetengetriebe mit mehreren, insbesondere drei beziehungsweise vier Planetenradsätzen zusammengefasst.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle und die Ausgangswelle als Hohlwellen zur Aufnahme weiterer Wellen ausgestaltet sind. Zusätzliche Wellen sind nicht erforderlich.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kegelscheibenumschlingungsgetriebe als Zwei-Wellen-Getriebe mit der Eingangswelle und der Ausgangswelle ausgeführt ist. Dabei ist ein Ausgangsteil der Anfahrkupplung vorzugsweise direkt mit der Eingangwelle des Zwei-Wellen-Getriebes gekoppelt. Direkt heißt insbesondere ohne Zwischenschaltung weiterer Wellen. Das Eingangsteil der Anfahrkupplung ist vorzugsweise über eine zentrale Kupplungseingangswelle mit einer Abtriebswelle einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Kurbelwelle, gekoppelt. Die Kupplungseingangswelle ist vorzugsweise in der als Hohlwelle ausgeführten Eingangswelle des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes angeordnet. Der Planetenwendesatz ist vorzugsweise direkt, das heißt ohne Zwischenschaltung weiterer Wellen, mit der Ausgangswelle des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes gekoppelt. Das Differenzialgetriebe ist vorzugsweise ebenfalls direkt, das heißt ohne Zwischenschaltung weiterer Wellen, mit dem Planetenwendesatz gekoppelt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenwendesatz einen Vorwärts-Planetenradsatz und einen Rückwärts-Planetenradsatz umfasst. Der Vorwärts-Planetenradsatz und der Rückwärts-Planetenradsatz sind vorzugsweise über ein gemeinsames Sonnenrad drehfest mit der Ausgangswelle des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes verbunden. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das gemeinsame Sonnenrad direkt an der Ausgangswelle des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes ausgebildet. Bei dem Vorwärts-Planetenradsatz handelt es sich vorzugsweise um einen einfachen Planetenradsatz mit dem gemeinsamen Sonnenrad, mehreren Planetenrädern und einem Hohlrad. Der Rückwärts-Planetenradsatz ist zur Darstellung der Drehrichtungsumkehr vorzugsweise mit Doppelplaneten ausgestattet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rückwärts-Planetenradsatz zwischen dem Vorwärts-Planetenradsatz und einer Festscheibe des ausgangsseitigen Kegelscheibenpaares angeordnet ist. Der Rückwärts-Planetenradsatz hat vorzugsweise eine geringere Breite, insbesondere Zahnbreite, als der Vorwärts-Planetenradsatz. Die Planetenradsätze, insbesondere die Sonnenräder der Planetenradsätze, und das Differenzialgetriebe, insbesondere das Sonnenrad des Differenzialgetriebes, sind vorzugsweise koaxial zu der Getriebeausgangswelle angeordnet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass der Vorwärts-Planetenradsatz zwischen dem Differenzialgetriebe und dem Rückwärts-Planetensatz angeordnet ist. Auf der dem Vorwärts-Planetenradsatz abgewandten Seite des Differenzialgetriebes ist vorzugsweise ein Lager angeordnet, durch welches ein Gehäuse beziehungsweise ein Planetenträger gelagert.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzialgetriebe und der Planetenwendesatz ein gemeinsames Gehäuse beziehungsweise einen gemeinsamen Planetenträger haben. Das Gehäuse kann einteilig ausgeführt sein. Das Gehäuse ist vorteilhaft aus mehreren Blechteilen gebildet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenwendesatz ein Vorwärts-Hohlrad und ein Rückwärts-Hohlrad umfasst, denen jeweils eine Bremse zugeordnet ist. Die Bremse dient dazu, das jeweils zugeordnete Hohlrad bei Bedarf abzubremsen, das heißt drehfest mit dem Gehäuse zu verbinden. Wenn das Hohlrad drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist, das heißt feststeht, dann erfolgt eine Drehmomentübertragung über den jeweiligen Planetenradsatz, also über den Vorwärts-Planetenradsatz oder über den Rückwärts-Planetenradsatz.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse ein Bremsband umfasst, welches das jeweilige Hohlrad außen umschlingt. Das Bremsband wird, vorzugsweise in der Art einer Trommelbremse, durch einen Zylinder betätigt. Dadurch wird auf einfache Art und Weise ein komfortables Umschalten, insbesondere ein ruckfreies Umschalten, zwischen Vorwärtsgang und Rückwärtsgang ermöglicht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzialgetriebe zwei asymmetrische Planetenradsätze umfasst. Die Planetenradsätze umfassen vorzugsweise zwei Sonnenräder mit unterschiedlichen Profilverschiebungen. Die Sonnenräder sind über unterschiedliche Planetenräder vorzugsweise mit einem gemeinsamen Hohlrad gekoppelt, das feststeht, das heißt drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenwendesatz und/oder das Differenzialgetriebe in axialer Richtung überlappend zu einem Verstellmechanismus für das eingangsseitige Kegelscheibenpaar angeordnet ist. Der Verstellmechanismus umfasst vorzugsweise einen Anpressdruckraum, über den eine Wegscheibe des eingangsseitigen Kegelscheibenpaares auf der Eingangswelle axial verlagerbar ist. Durch diese Anordnung des Planetenwendesatzes und/oder des Differenzialgetriebes kann der Bauraum, der für das Kegelscheibenumschlingungsgetriebe benötigt wird, optimal ausgenutzt werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rückwärts-Planetenradsatz Doppelplaneten umfasst. Die Doppelplaneten dienen dazu, eine Drehrichtungsumkehr für den Rückwärtsgang darzustellen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzialgetriebe zwei Sonnenräder mit unterschiedlichen Profilverschiebungen aufweist. Die Sonnenräder sind vorzugsweise mit jeweils einem Ende einer Antriebswelle verbunden, über die ein Drehmoment auf ein Antriebsrad übertragen wird.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzialgetriebe Ausgleichsplanetenräder mit unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern aufweist. Die Ausgleichsplanetenräder kämmen vorzugsweise mit einem gemeinsamen Hohlrad.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
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1 eine vereinfachte Darstellung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Kegelscheibenumschlingungsgetriebe bei eingelegtem Vorwärtsgang;
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2 den Antriebsstrang aus 1 bei eingelegtem Rückwärtsgang und
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3 ein erfindungsgemäßes Kegelscheibenumschlingungsgetriebe im Halbschnitt beziehungsweise Längsschnitt.
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In den 1 und 2 ist ein Teil eines Antriebsstrangs 1 eines Kraftfahrzeugs mit zwei angetriebenen Rädern 3 und 4 vereinfacht dargestellt. Die angetriebenen Räder 3, 4 sind über jeweils eine Antriebswelle 6, 7 angetrieben. Die Antriebswellen 6, 7 sind drehfest, gegebenenfalls einstückig, mit einem Sonnenrad 8, 9 von zwei asymmetrischen Planetenradsätzen eines Differenzialgetriebes 10 verbunden.
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Das Differenzialgetriebe 10 ist mit einem Planetenwendesatz, der ein Vorwärtsgetriebe beziehungsweise einen Vorwärts-Planetenradsatz 11 und ein Rückwärtsgetriebe beziehungsweise einen Rückwärts-Planetenradsatz 12 umfasst, in einem Planetengetriebe zusammengefasst. Das Vorwärtsgetriebe 11 und das Rückwärtsgetriebe 12 umfassen ein gemeinsames Sonnenrad 15, das drehfest, gegebenenfalls einstückig, mit einer Ausgangswelle 16 eines Scheibensatzes 17 eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes verbunden ist.
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Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ist das Planetengetriebe mit dem Vorwärtsgetriebe 11, dem Rückwärtsgetriebe 12 und dem Differenzialgetriebe 10 besonders Platz sparend aufgebaut. Darüber hinaus ist das Planetengetriebe mit dem Differenzialgetriebe und dem Vorwärtsgetriebe 11 sowie dem Rückwärtsgetriebe 12 direkt an die Ausgangswelle 16 angebunden, das heißt ohne Zwischenschaltung weiterer Wellen.
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Das gemeinsame Sonnenrad 15 ist über Planetenräder, die verkürzt auch als Planeten bezeichnet werden, mit einem Hohlrad 18 des Vorwärtsgetriebes 11 gekoppelt. Darüber hinaus ist das gemeinsame Sonnenrad 15 über Doppelplaneten mit einem Hohlrad 19 des Rückwärtsgetriebes gekoppelt. Die Doppelplaneten ermöglichen die zur Darstellung des Rückwärtsgangs erforderliche Drehrichtungsumkehr.
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Durch ein Symbol 21 ist in 1 angedeutet, dass das Hohlrad 18 des Vorwärtsgetriebes 11 festgehalten wird, um die Räder 3, 4 in Vorwärtsdrehrichtung anzutreiben. Der Kraftfluss verläuft in dem in 1 dargestellten Vorwärtsbetrieb von der Ausgangswelle 16, über das gemeinsame Sonnenrad 15, das Vorwärtsgetriebe 11 und das Differenzialgetriebe 10 auf die Antriebswellen 6, 7.
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Analog ist in 2 durch ein Symbol 22 angedeutet, dass das Hohlrad 19 festgehalten wird, um die Räder 3, 4 in Rückwärtsdrehrichtung anzutreiben. Der Kraftfluss verläuft in dem in 2 dargestellten Rückwärtsfahrbetriebszustand über die Ausgangswelle 16, das gemeinsame Sonnenrad 15, das Rückwärtsgetriebe 12 und das Differenzialgetriebe 10 auf die Antriebswellen 6, 7.
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In 3 ist ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe 30 im Längsschnitt dargestellt. Das Kegelscheibenumschlingungsgetriebe 30 umfasst einen ersten Kegelscheibensatz oder ein Kegelscheibenpaar 31, der/das über ein (nicht dargestelltes) Umschlingungsmittel, wie eine Kette, antriebsmäßig mit einem zweiten Kegelscheibensatz oder Kegelscheibenpaar 32 verbunden ist. Die beiden Kegelscheibensätze oder Kegelscheibenpaare 31 und 32 sind in einem Getriebegehäuse 33 gelagert.
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Die beiden Kegelscheibensätze oder Kegelscheibenpaare 31, 32 umfassen jeweils eine feste Kegelscheibe, die auch als Festscheibe bezeichnet wird, und eine axial verlagerbare Kegelscheibe, die auch als Wegscheibe bezeichnet wird. Die Wegscheibe des ersten Kegelscheibensatzes oder Kegelscheibenpaares 31 wird in Abhängigkeit von dem Druck in einem ersten Anpressdruckraum 35 relativ zu der zugehörigen Festscheibe bewegt. Analog wird die Wegscheibe des zweiten Kegelscheibenpaares oder Kegelscheibensatzes 32 in Abhängigkeit vom Druck in einem zweiten Anpressraum 36 relativ zu der zugehörigen Festscheibe bewegt.
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Das erste Kegelscheibenpaar 31 ist drehfest mit einer Eingangswelle 41 verbunden, die als Hohlwelle ausgeführt ist. Das zweite Kegelscheibenpaar 32 ist drehfest mit einer Ausgangswelle 42 verbunden, die ebenfalls als Hohlwelle ausgeführt ist. Das Kegelscheibenumschlingungsgetriebe 30 umfasst insgesamt vier Lager 43, 44, 45, 46 zur Lagerung der Eingangswelle 41 und der Ausgangswelle 42.
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In der Eingangswelle 41 ist eine Kupplungseingangswelle 48 drehbar angeordnet. Über die Kupplungseingangswelle 48 wird, unter Zwischenschaltung eines Drehschwingungsdämpfers 49, zum Beispiel eines Zweimassenschwungrads, ein Antriebsdrehmoment, zum Beispiel von der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, über eine Anfahrkupplung 50 auf die Eingangswelle 41 übertragen. Die Anfahrkupplung 50 ist als nasslaufende Lamellenkupplung ausgeführt.
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In der Ausgangswelle 42 sind zwei Antriebswellen 51, 52 drehbar angeordnet. Von den Antriebswellen 51, 52 wird das Antriebsdrehmoment auf (in 3 nicht dargestellte) angetriebene Räder übertragen. Ein Sonnenrad 53 ist drehfest mit der Antriebswelle 51 verbunden. Ein Sonnenrad 54 ist drehfest mit der Antriebswelle 52 verbunden.
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Die Sonnenräder 53, 54 weisen unterschiedliche Profilverschiebungen auf und sind über unterschiedliche Planetenräder oder Planeten 55, 56 mit einem feststehenden Hohlrad gekoppelt, das bei 58 angedeutet ist.
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Die Planetenräder 55, 56 eines Differenzials oder Differenzialgetriebes 60 werden über Planeten beziehungsweise Planetenräder eines Planetenwendesatzes angetrieben, der ein Vorwärtsgetriebe beziehungsweise einen Vorwärts-Planetenradsatz 61 und ein Rückwärtsgetriebe beziehungsweise einen Rückwärts-Planetenradsatz 62 umfasst.
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Das Vorwärtsgetriebe beziehungsweise der Vorwärts-Planetenradsatz 61 und das Rückwärtsgetriebe beziehungsweise der Rückwärts-Planetenradsatz 62 umfassen ein gemeinsames Sonnenrad 65, das an dem dem Differenzial 60 zugewandten Ende der Ausgangswelle 42 ausgebildet ist. Das gemeinsame Sonnenrad 65 kämmt mit Planetenrädern oder Planeten 66, die wiederum mit einem Hohlrad 67 des Vorwärtsgetriebes 61 kämmen. Das Hohlrad 67 ist von einem Bremsband 68 umschlungen.
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Das gemeinsame Sonnenrad 65 kämmt des Weiteren mit Planetenrädern 72 des Rückwärtsgetriebes 62. Die Planeten oder Planetenräder 72 wiederum kämmen mit einem Hohlrad 73 des Rückwärtsgetriebes 62. Das Hohlrad 73 ist von einem Bremsband 74 umschlungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsstrang
- 3
- angetriebenes Rad
- 4
- angetriebenes Rad
- 6
- Antriebswelle
- 7
- Antriebswelle
- 8
- Sonnenrad
- 9
- Sonnenrad
- 10
- Differenzialgetriebe
- 11
- Vorwärtsgetriebe
- 12
- Rückwärtsgetriebe
- 15
- Sonnenrad
- 16
- Ausgangswelle
- 17
- Scheibensatz
- 18
- Hohlrad
- 19
- Hohlrad
- 21
- Symbol
- 22
- Symbol
- 30
- Kegelscheibenumschlingungsgetriebe
- 31
- Kegelscheibensatz
- 32
- Kegelscheibensatz
- 33
- Getriebegehäuse
- 35
- erster Anpressdruckraum
- 36
- zweiter Anpressdruckraum
- 41
- Eingangswelle
- 42
- Ausgangswelle
- 43
- Lager
- 44
- Lager
- 45
- Lager
- 46
- Lager
- 48
- Kupplungseingangwelle
- 49
- Drehschwingungsdämpfer
- 50
- Anfahrkupplung
- 51
- Antriebswelle
- 52
- Antriebswelle
- 53
- Sonnenrad
- 54
- Sonnenrad
- 55
- Planetenräder
- 56
- Planetenräder
- 58
- Hohlrad
- 60
- Differenzialgetriebe
- 61
- Vorwärtsgetriebe
- 62
- Rückwärtsgetriebe
- 65
- Sonnenrad
- 66
- Planetenräder
- 67
- Hohlrad
- 68
- Bremsband
- 72
- Planetenräder
- 73
- Hohlrad
- 74
- Bremsband
