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GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Variatoranordnung für ein Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie beispielsweise aus der
DE 698 14 541 T2 oder der
JP 2002-48 206 A bekannt.
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HINTERGRUND
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Ein kontinuierlich verstellbares Getriebe („continuously variable transmission“ oder „CVT-Getriebe“) umfasst in der Regel Getriebeelemente, durch welche ein Variator funktional zwischen einer Drehleistungsquelle, wie beispielsweise einer Kraftmaschine oder einem Elektromotor, und einer Achsantriebseinheit gekoppelt ist. Der Variator umfasst eine sich drehende Eingangsscheibe und eine sich drehende Ausgangsscheibe, die in der Lage sind, das Verhältnis zwischen einer Eingangsdrehzahl und einer Ausgangsdrehzahl (das „Variatorverhältnis“) stufenlos oder kontinuierlich zu variieren. Das von dem CVT-Getriebe bereitgestellte Gesamtgeschwindigkeitsverhältnis ist eine Funktion aus dem Variatorverhältnis und den zugehörigen Getriebeelementen. Die Ausgangsscheibe umfasst einstückig damit ausgebildete Zahnradzähne, die mit einem korrespondierenden Zahnrad kämmen und dieses antreiben. Das Zahnrad ist seinerseits funktional mit einer Ausgangswelle oder einer Vorgelegewelle gekoppelt, die funktional mit der Achsantriebseinheit gekoppelt ist. Eine andere Art von stufenlosem Getriebe umfasst das stufenlos verstellbare Getriebe (‚infinitely variable transmission‘ oder ‚IVT-Getriebe‘). Das IVT-Getriebe ähnelt insofern dem CVT-Getriebe, als eine Kraftmaschine die Variator-Eingangsscheiben antreibt, während eine Vorgelegewelle die Triebkraft über ein Metallband oder über Zahnräder von dem Variator abnimmt. Während jedoch ein typisches CVT-Getriebe eine Startvorrichtung, wie etwa eine Anfahrkupplung, umfasst, kommt bei einem typischen IVT-Getriebe ein Zahnradsystem zum Einsatz, um ein Anfahren aus dem Stillstand bereitzustellen.
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CVT- und IVT-Getriebeentwürfe sind für eine Minimierung der axialen Länge und der Masse optimiert. Demgemäß weisen die Getriebeelemente an der Ausgangsscheibe des Variators eine minimierte Zahnradzahnbreite auf, um die axiale Länge des CVT-/IVT-Getriebes zu minimieren. Darüber hinaus sind diese Getriebeelemente oft mit einem geringen Schrägungswinkel entworfen, um Axiallasten zu minimieren und dadurch kleine Lager zu ermöglichen und so ein kompakteres Variatorsystem bereitzustellen. Die Kombination einer schmalen Zahnbreite und einem geringen Schrägungswinkel kann dazu führen, dass das Zahnradpaar ein unzureichendes Kontaktverhältnis aufweist. Dadurch wiederum kann es bei dem Zahnradpaar eher zu Problemen mit der Geräuschentwicklung und der Festigkeit kommen.
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Eine Lösungsmöglichkeit für die oben erwähnten Probleme liegt darin, die Breite der Variatorscheibe (d.h. die Zahnradbreite) zu vergrößern. Dadurch erhöhen sich jedoch die axiale Länge und die Masse des Variators und es kann außerdem auch erforderlich sein, den Variatorradius zu erhöhen. Eine andere Lösung besteht darin, den Schrägungswinkel der Zahnradzähne an der Variatorscheibe zu erhöhen. Dadurch wird jedoch die Axiallast erhöht, wodurch aufgrund des Erfordernisses einer robusteren Lagerstütze eine größere axiale Länge erforderlich ist.
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Es besteht daher in der Technik ein Bedarf an einer Variatoranordnung mit einem Ausgangszahnradsatz, der bei Minimierung der axialen Länge und der Masse des Variators ein angemessenes Kontaktverhältnis bereitstellt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, diesem Bedarf gerecht zu werden.
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KURZFASSUNG
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Diese Aufgabe wird mit einer Variatoranordnung für ein CVT-Getriebe oder ein IVT-Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In einem Aspekt befindet sich der distale Abschnitt radial außen in Bezug auf die Eingangswelle.
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In einem anderen Aspekt ist das Zahnrad abnehmbar mit der Ausgangsscheibe verbunden.
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In einem weiteren Aspekt ist die Mehrzahl von Zahnradzähnen an einer radialen Außenfläche des Zahnrads angeordnet.
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In einem weiteren Aspekt ist die Ausgangsscheibe über eine Mehrzahl von Wälzkörpern rotatorisch mit der Eingangsscheibe gekoppelt.
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In einem weiteren Aspekt ist das Zahnrad durch zumindest einen Bolzen an der Ausgangsscheibe angebracht.
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In einem weiteren Aspekt ist das Zahnrad durch zumindest eine Schraube an der Ausgangsscheibe angebracht.
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In einem weiteren Aspekt ist das Zahnrad durch zumindest eine Schweißnaht an der Ausgangsscheibe angebracht.
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In einem weiteren Aspekt ist das Zahnrad durch zumindest eine Schraube und zumindest eine Schweißnaht an der Ausgangsscheibe angebracht.
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Figurenliste
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Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken.
- 1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist eine Endansicht einer Ausgangsscheibe eines Variators samt Variator-Ausgangszahnrad nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung;
- 3 ist eine Querschnittsansicht einer Ausgangsscheibe samt Variator-Ausgangszahnrad in Betrachtungsrichtung der Pfeile 3 - 3 in 2;
- 4A ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Auslegung zum Anbringen des Variator-Ausgangszahnrads an der Ausgangsscheibe;
- 4B ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Auslegung zum Anbringen des Variator-Ausgangszahnrads an der Ausgangsscheibe;
- 4C ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Auslegung zum Anbringen des Variator-Ausgangszahnrads an der Ausgangsscheibe;
- 4D ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Auslegung zum Anbringen des Variator-Ausgangszahnrads an der Ausgangsscheibe;
- 4E ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Auslegung zum Anbringen des Variator-Ausgangszahnrads an der Ausgangsscheibe;
- 4F ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Auslegung zum Anbringen des Variator-Ausgangszahnrads an der Ausgangsscheibe; und
- 4G ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Auslegung zum Anbringen des Variator-Ausgangszahnrads an der Ausgangsscheibe.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In 1, auf welche nun Bezug genommen wird, ist ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug allgemein unter der Bezugszahl 10 angegeben. Der Antriebsstrang 10 umfasst im Allgemeinen eine Kraftmaschine 12, die mit einem Getriebe 14 verbunden ist. Bei der Kraftmaschine 12 kann es sich um eine herkömmliche Brennkraftmaschine oder um einen Elektromotor oder um jede beliebige andere Art von Antriebsmaschine handeln, ohne dass dadurch von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. Die Kraftmaschine 12 stellt, beispielsweise durch eine Flexplate (nicht gezeigt) oder eine andere Verbindungsvorrichtung oder durch eine Startvorrichtung (nicht gezeigt) wie etwa eine hydrodynamische Vorrichtung oder Anfahrkupplung, dem Getriebe 14 ein Antriebsmoment bereit.
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Bei dem Getriebe 14 handelt es sich um ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe (IVT-Getriebe) oder um ein kontinuierlich verstellbares Toroidgetriebe (CVT-Getriebe). Das Getriebe 14 umfasst ein in der Regel aus Guss gefertigtes Metallgehäuse 16, welches die verschiedenen Bauteile des Getriebes 14 umgibt und schützt. Das Gehäuse 16 umfasst eine Vielzahl an Durchbrechungen, Durchgängen, Schultern und Flanschen, durch welche diese Bauteile positioniert und abgestützt werden. Allgemein gesprochen umfasst das Getriebe 14 eine Getriebeeingangswelle 20 und eine Getriebeausgangswelle 22. Zwischen die Getriebeeingangswelle 20 und die Getriebeausgangswelle 22 ist ein Getriebekasten 24 geschaltet, der ausgelegt ist, um Vorwärts- und Rückwärtsdrehzahl- oder - Übersetzungsverhältnisse zwischen der Getriebeeingangswelle 20 und der Getriebeausgangswelle 22 vorzusehen. Die Getriebeeingangswelle 20 ist funktional mit der Kraftmaschine 12 verbunden und nimmt Eingangsdrehmoment oder -leistung von der Kraftmaschine 12 auf. Die Getriebeausgangswelle 22 ist vorzugsweise mit einer Achsantriebseinheit 25 verbunden, die zum Beispiel eine Gelenkwelle, eine Differenzialanordnung und Antriebsachsen, die mit Rädern verbunden sind, usw. umfasst. Die Getriebeeingangswelle 20 ist mit dem Getriebekasten 24 gekoppelt und stellt diesem ein Antriebsdrehmoment bereit.
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Der Getriebekasten 24 umfasst im Allgemeinen einen oder mehrere Toroidvariatoren, Zahnradsätze, Kupplungen und/oder Bremsen und Wellen. Der Getriebekasten 24 umfasst beispielsweise einen Variator 26, der mit einem Zahnrad 27 verbunden ist. Der Variator 26 ist als Variator vom Wälztyp mit torusförmiger Laufbahn veranschaulicht. Allerdings ist festzustellen, dass verschiedene andere Typen von Variatoren zur Anwendung kommen können, ohne dass dadurch von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. Der Variator 26 umfasst eine erste Eingangsscheibe 28 und eine zweite Eingangsscheibe 30. Die erste Eingangsscheibe 28 umfasst eine torusförmige Außenfläche oder eine erste Eingangslaufbahn 28A und die zweite Eingangsscheibe 30 umfasst eine torusförmige Außenfläche oder eine zweite Eingangslaufbahn 30A. Zwischen der ersten und der zweiten Eingangslaufbahn 28A, 30A ist eine Ausgangsscheibe 32 angeordnet. Die Ausgangsscheibe 32 umfasst eine torusförmige Außenfläche oder eine erste Ausgangslaufbahn 32A und eine torusförmige Außenfläche oder eine zweite Ausgangslaufbahn 32B. Die erste Ausgangslaufbahn 32A ist gegenüber der ersten Eingangslaufbahn 28A angeordnet, und die zweite Ausgangslaufbahn 32B ist gegenüber der zweiten Eingangslaufbahn 30A angeordnet. Die erste Eingangslaufbahn 28A und die erste Ausgangslaufbahn 32A wirken zusammen, um einen ersten torusförmigen Hohlraum 38 zu definieren, und die zweite Eingangslaufbahn 30A und die zweite Ausgangslaufbahn 32B wirken zusammen, um einen zweiten torusförmigen Hohlraum 40 zu definieren. Die Scheiben 28, 30 und 32 nutzen jeweils gemeinsam eine gemeinsame Drehachse, die durch eine Variatorwelle 42 definiert ist. Die Variatorwelle 42 ist funktional mit der Getriebeeingangswelle 20 verbunden und nimmt daher Antriebsdrehmoment von der Kraftmaschine 12 auf. Die Eingangsscheiben 28 und 30 sind rotatorisch mit der Variatorwelle 42 gekoppelt und übertragen über eine Mehrzahl von Wälzkörpern 50 und 52 Antriebsdrehmoment auf die Ausgangsscheibe 32.
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Zum Beispiel umfasst der erste Hohlraum 38 die Mehrzahl von Wälzkörpern 50, und umfasst der zweite Hohlraum 40 die Mehrzahl von Wälzkörpern 52. In der Regel umfassen der erste und der zweite Hohlraum 38 und 40 jeweils zwei oder drei Wälzkörper 50 und 52, obwohl festzustellen ist, dass jede beliebige Anzahl von Wälzkörpern zum Einsatz kommen kann, ohne dass dadurch vom Umfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. Ein jeder der Wälzkörper 50, 52 ist zur Drehung um eine Wälzkörperachse montiert und wälzt auf den torusförmigen Laufbahnen 28A, 32 A, 32B und 30A seiner zugehörigen Eingangs- und Ausgangsscheiben 28, 30 und 32 ab, um Triebkraft von den Eingangsscheiben 28 und 30 auf die Ausgangsscheiben 32 zu übertragen. Änderungen im Variator-Antriebsverhältnis werden durch Präzession der Wälzkörper 50, 52 erreicht, so dass sich die Achse der Wälzkörper drehen kann, um die Neigung der Wälzkörperachse zu der Variatorachse zu verändern. Präzession der Wälzkörper 50, 52 führt zu Änderungen der Radien der Wege, denen die Wälzkörper 50, 52 auf den Laufbahnen 28A, 32A, 32B und 30A folgen, und führt somit zu einer Änderung des Variator-Antriebsverhältnisses zwischen den Eingangsscheiben 28 und 30 und der Ausgangsscheibe 32.
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Die Ausgangsscheibe 32 umfasst einen radial distalen Mittenabschnitt 54, der zwischen den Laufbahnen 32A und 32b angeordnet ist. Ein Variator-Ausgangszahnrad 60 ist mit einem distalen Abschnitt 54 gekoppelt. Das Variator-Ausgangszahnrad 60 kämmt mit dem Zahnrad 27. Das Zahnrad 27 ist funktional mit der Getriebeausgangswelle 22 verbunden und liefert Antriebsdrehmoment von dem Variator 26 und dem Variator-Ausgangszahnrad 60 an die Getriebeausgangswelle 22 und somit an die Achsantriebseinheit 25.
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In 2 und 3, auf welche nun Bezug genommen wird, ist das Variator-Ausgangszahnrad 60 im Wesentlichen „L“-förmig ausgebildet und weist einen Scheibenabschnitt 60A mit einem sich radial einwärts erstreckenden Ring 60B auf. Eine Mehrzahl von Zahnradzähnen 62 ist durch verschiedene Fertigungsvorgänge entlang einer Außenumfangsfläche 64 des Scheibenabschnitts 60A ausgebildet. Die Zahnradzähne 62 sind so ausgelegt, dass sie mit dem Zahnrad 27 kämmen.
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Ein Variator-Ausgangszahnrad 60 kann in verschiedenen Auslegungen mit dem distalen Abschnitt 54 rotatorisch gekoppelt sein. Beispielsweise umfasst der distale Abschnitt 54 der Ausgangsscheibe 32 eine erste Seite 54A, eine zweite Seite 54B und eine Außenumfangsstirnfläche 54C. In einem Beispiel ist der Ring 60B mit der zweiten Seite 54B in Kontakt und eine Mehrzahl von axialen Bolzen 70 koppeln den Ring 60B mit dem distalen Abschnitt 54. Der Scheibenabschnitt 60A weist einen Innendurchmesser auf, der annähernd gleich dem Durchmesser der Außenumfangsstirnfläche 54C des distalen Abschnitts 54 ist. Der Scheibenabschnitt 60A weist jedoch eine Breite auf, die größer als eine Breite des distalen Abschnitts 54 ist. Demgemäß weisen die Zahnradzähne 62 eine Zahnradzahnbreite „w“ auf, die größer als die Breite des distalen Endes 54 ist. Die größere Zahnradzahnbreite erhöht das Kontaktverhältnis und die Kontaktkraft zwischen dem Variator-Ausgangszahnrad 60 und dem Zahnrad 27, und zwar ohne Auswirkung auf die radiale oder axiale Länge der Ausgangsscheibe 32 des Variators 26.
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Außerdem ermöglicht es das getrennte Variator-Ausgangszahnrad 60, dass das Variator-Ausgangszahnrad 60 und die Ausgangsscheibe 32 unter Verwendung verschiedener Materialien und Verfahren hergestellt und wärmebehandelt werden, um deren jeweilige Leistungsmerkmale zu optimieren. Darüber hinaus wird es durch die Verwendung eines separaten Variator-Ausgangszahnrads 60 ermöglicht, unterschiedliche Ausgangszahnräder mit der Ausgangsscheibe 32 zu verbinden, ohne einen Wechsel der Ausgangsscheibe 32 vorzunehmen, wodurch für eine gegebene Anwendung eine größere Flexibilität beim Übersetzungsverhältnis möglich wird. Schließlich ist festzustellen, dass hier zwar das Ausgangszahnrad 60 als mit der Ausgangsscheibe 32 gekoppelt beschrieben worden ist, dass jedoch in der vorliegenden Erfindung erwogen wird, dass es sich bei dem Ausgangszahnrad 60 auch um ein Eingangszahnrad handeln kann und dass dieses mit jeder beliebigen der Scheiben des Variators 26 gekoppelt sein kann.
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4A veranschaulicht eine alternative Auslegung zum Anbringen des Variator-Ausgangszahnrads 60 an der Ausgangsscheibe 32. In dieser Auslegung ist der Ring 60B mit der ersten Seite 54A des distalen Abschnitts 54 in Kontakt und die Mehrzahl von axialen Bolzen 70 koppeln den Ring 60B mit dem distalen Abschnitt 54.
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4B veranschaulicht eine weitere alternative Auslegung zum Anbringen des Variator-Ausgangszahnrads 60 an der Ausgangsscheibe 32. In dieser Auslegung ist der Ring 60B mit der zweiten Seite 54B des distalen Abschnitts 54 in Kontakt und der Ring 60B ist über eine Mehrzahl von Schrauben oder Nieten 72 mit dem distalen Abschnitt 54 gekoppelt.
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4C veranschaulicht eine weitere alternative Auslegung zum Anbringen des Variator-Ausgangszahnrads 60 an der Ausgangsscheibe 32. In dieser Auslegung ist der Ring 60B mit der ersten Seite 54A des distalen Abschnitts 54 in Kontakt und der Ring 60B ist über die Mehrzahl von Schrauben oder Nieten 72 mit dem distalen Abschnitt 54 gekoppelt.
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4D veranschaulicht eine weitere alternative Auslegung zum Anbringen des Variator-Ausgangszahnrads 60 an der Ausgangsscheibe 32. In dieser Auslegung ist der Ring 60B mit der zweiten Seite 54B des distalen Abschnitts 54 in Kontakt. Durch eine erste Schweißnaht 74A ist der Ring 60B an der zweiten Seite 54B befestigt, während durch eine zweite Schweißnaht 74B die innere Ringfläche des Scheibenabschnitts 60A an der ersten Seite 54A befestigt ist.
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4E veranschaulicht eine weitere alternative Auslegung zum Anbringen des Variator-Ausgangszahnrads 60 an der Ausgangsscheibe 32. In dieser Auslegung ist der Ring 60B mit der ersten Seite 54A des distalen Abschnitts 54 in Kontakt. Durch die erste Schweißnaht 74A ist der Ring 60B an der ersten Seite 54A befestigt, während durch die zweite Schweißnaht 74B die innere Ringfläche des Scheibenabschnitts 60A an der zweiten Seite 54B befestigt ist.
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4F veranschaulicht eine weitere alternative Auslegung zum Anbringen des Variator-Ausgangszahnrads 60 an der Ausgangsscheibe 32. In dieser Auslegung ist der Ring 60B mit der zweiten Seite 54B des distalen Abschnitts 54 in Kontakt. Durch eine Mehrzahl von Schrauben oder Nieten 72 ist der Ring 60B an der zweiten Seite 54B befestigt, während durch die zweite Schweißnaht 74B die innere Ringfläche des Scheibenabschnitts 60A an der ersten Seite 54A befestigt ist.
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4G veranschaulicht eine weitere alternative Auslegung zum Anbringen des Variator-Ausgangszahnrads 60 an der Ausgangsscheibe 32. In dieser Auslegung ist der Ring 60B mit der ersten Seite 54A des distalen Abschnitts 54 in Kontakt. Durch eine Mehrzahl von Schrauben oder Nieten 72 ist der Ring 60B an der ersten Seite 54B befestigt, während durch die zweite Schweißnaht 74B die innere Ringfläche des Scheibenabschnitts 60A an der zweiten Seite 54A befestigt ist.
