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Die Erfindung betrifft eine Kegelscheibenanordnung für ein stufenlos verstellbares Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, mit zwei Kegelscheibenpaaren, die jeweils eine erste und eine zweite Kegelscheibe umfassen, die in axialer Richtung relativ zu der ersten Kegelscheibe verlagerbar ist und die auf einer der ersten Kegelscheibe abgewandten Seite eine Kolben-/Zylindereinheit zum Erzeugen eines Anpressdrucks zum Anpressen des jeweiligen Kegelscheibenpaares an ein Umschlingungsmittel aufweist.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2009 036 882 A1 ist eine Kegelscheibenanordnung für ein stufenlos verstellbares Kegelscheibengetriebe bekannt, enthaltend eine Welle, und ein Kegelscheibenpaar mit einer ersten Kegelscheibe und einer der ersten Kegelscheibe in axialer Richtung der Welle gegenüberliegenden zweiten Kegelscheibe, wobei die erste Kegelscheibe auf der Welle dreh- und in axialer Richtung lagefest befestigt ist und auf der Welle durch einen kegeligen Presssitz gehalten ist, wobei die zweite Kegelscheibe in axialer Richtung verstellbar ist, wobei ein Verstellmechanismus mit einer in axialer Richtung festgelegten Zylinderabstützwand vorgesehen und die Zylinderabstützwand auf einer der ersten Kegelscheibe abgewandten Seite der zweiten Kegelscheibe vorgesehen ist. Aus der deutschen Patentschrift
DE 100 21 793 B4 ist eine Einrichtung zur Ansteuerung von CVT-Getrieben bekannt, wobei auf einer Antriebswelle drehfest ein erstes Scheibenpaar und auf einer Abtriebswelle drehfest ein zweites Scheibenpaar angeordnet sind, die jeweils ein axial bewegbares Scheibenteil und ein axial feststehendes Scheibenteil aufweisen, wobei zwischen dem ersten Scheibenpaar und dem zweiten Scheibenpaar zur Drehmomentübertragung ein Umschlingungsmittel angeordnet ist, wobei dem ersten Scheibenpaar eine erste Kolben-/Zylindereinheit und dem zweiten Scheibenpaar eine zweite Kolben-/Zylindereinheit zur Erzeugung eines Anpressdrucks zum Anpressen des ersten und zweiten Scheibenpaares an das Umschlingungsmittel zugeordnet ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Auftreten unerwünschter Geräusche im Betrieb eines verstellbaren Kegelscheibenumschlingungsgetriebes, mit zwei Kegelscheibenpaaren, die jeweils eine erste und eine zweite Kegelscheibe umfassen, die in axialer Richtung relativ zu der ersten Kegelscheibe verlagerbar ist und die auf einer der ersten Kegelscheibe abgewandten Seite eine Kolben-/Zylindereinheit zum Erzeugen eines Anpressdrucks zum Anpressen des jeweiligen Kegelscheibenpaares an ein Umschlingungsmittel aufweist, zu vermeiden oder zu reduzieren.
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Die Aufgabe ist bei einer Kegelscheibenanordnung für ein stufenlos verstellbares Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, mit zwei Kegelscheibenpaaren, die jeweils eine erste und eine zweite Kegelscheibe umfassen, die in axialer Richtung relativ zu der ersten Kegelscheibe verlagerbar ist und die auf einer der ersten Kegelscheibe abgewandten Seite eine Kolben-/Zylindereinheit zum Erzeugen eines Anpressdrucks zum Anpressen des jeweiligen Kegelscheibenpaares an ein Umschlingungsmittel aufweist, dadurch gelöst, dass mindestens eine der Kolben-/Zylindereinheiten mit einer fliehkraftpendelartigen Fliehkraftausgleichseinrichtung kombiniert ist. Durch die erfindungsgemäße Kombination der Kolbenzylindereinheit mit der fliehkraftpendelartigen Fliehkraftausgleichseinrichtung wird zum einen der Ausgleich von im Betrieb der Kegelscheibenanordnung auftretenden Fliehkräften ermöglicht. Darüber hinaus kann durch die erfindungsgemäße Kombination eine unerwünschte Geräuschentwicklung, die insbesondere durch das Umschlingungsmittel, wie eine Kette, im Betrieb der Kegelscheibenanordnung hervorgerufen wird, besonders vorteilhaft gedämpft werden. Als Fliehkraftpendel werden Schwingungstilger bezeichnet, die zur Dämpfung von Dreh- beziehungsweise Torsionsschwingungen eingesetzt werden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kegelscheibenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkraftausgleichseinrichtung Kugelkörper umfasst, die zwischen Rampen angeordnet sind. Die Rampen sind vorzugsweise so gestaltet und angeordnet, dass sich ein Spalt zur Aufnahme der Kugelkörper ergibt, der sich radial nach außen verjüngt. Eine der Rampen ist besonders vorteilhaft innen, also an einer der ersten Kegelscheibe abgewandten Innenseite, an der zweiten Kegelscheibe ausgebildet. Durch das Zusammenwirken der Kugelkörper mit den Rampen wird eine Bewegung oder Kraft der zweiten Kegelscheibe in axialer Richtung auf die erste Kegelscheibe zu bewirkt, wenn sich die Kugelkörper zwischen den Rampen unter Fliehkraft radial nach außen bewegen. Die Kugelkörper bewegen sich im Betrieb der Kegelscheibenanordnung fliehkraftbedingt nach außen. Diese Bewegung kann in Kombination mit der Gestalt der Kugelkörper genutzt werden, um eine zusätzliche Kraft in axialer Richtung auf die axial verlagerbare zweite Kegelscheibe aufzubringen. Dadurch kann die im Betrieb der Kegelscheibenanordnung mit Hilfe der zweiten Kegelscheibe erzeugten Klemmkraft oder Spannkraft auf das Umschlingungsmittel unter Fliehkrafteinwirkung positiv beeinflusst werden. Die Kegelscheibenanordnung mit der fliehkraftpendelartigen Fliehkraftausgleichseinrichtung ist aber vorzugsweise so ausgeführt, dass die Kugelkörper sich radial nicht nach außen bewegen, sondern die Funktion eines Fliehkraftpendels ausüben.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kegelscheibenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelkörper der Fliehkraftausgleichseinrichtung aus einem Stahlmaterial gebildet sind. Das liefert den Vorteil, dass die Kugelkörper eine hohe Festigkeit und/oder Stabilität aufweisen und trotzdem kostengünstig herstellbar sind.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kegelscheibenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kugelkörper der Fliehkraftausgleichseinrichtung an einer dem Umschlingungsmittel abgewandten und mit dem Anpressdruck beaufschlagten Innenseite der zweiten Kegelscheibe in Anlage befinden. Die Innenseite der zweiten Kegelscheibe ist vorteilhaft mit dem Anpressdruck beaufschlagt. Darüber hinaus ist an der Innenseite der zweiten Kegelscheibe vorzugsweise eine der vorab genannten Rampen ausgebildet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kegelscheibenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die dem Umschlingungsmittel abgewandte Innenseite der zweiten Kegelscheibe mit einer Schräge und/oder Rundung versehen ist. Die Schräge und/oder Rundung dient zur Darstellung der vorab genannten Rampe an der zweiten Kegelscheibe. Durch die Gestalt der Schräge und/oder Rundung, insbesondere durch den Schrägungswinkel, kann die Größe der im Betrieb der Kegelscheibenanordnung durch die Fliehkraftausgleichseinrichtung erzeugte zusätzliche Kraft in axialer Richtung auf die zweite Kegelscheibe eingestellt beziehungsweise angepasst werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kegelscheibenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelkörper der Fliehkraftausgleichseinrichtung zwischen der dem Umschlingungsmittel abgewandten Innenseite der zweiten Kegelscheibe und einem Führungskörper angeordnet sind. An den Führungskörper ist vorzugsweise die zweite der vorab genannten Rampen ausgebildet, zwischen denen die Kugelkörper angeordnet sind. Der Führungskörper kann so ähnlich wie ein Käfig eines Wälzlagers ausgeführt sein. Dabei ist der Führungskörper vorzugsweise so ausgeführt, dass er den Durchtritt von Hydraulikmedium ermöglicht, mit dem der Anpressdruck im Betrieb der Kegelscheibenanordnung erzeugt wird. Das liefert unter anderem den Vorteil, dass die Kugelkörper von Hydraulikmedium umgeben sind, was sich positiv auf die Geräuschentwicklung im Betrieb der Kegelscheibenanordnung auswirkt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kegelscheibenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskörper eine der Innenseite der zweiten Kegelscheibe zugewandte Führungsfläche aufweist. An der Führungsfläche ist die zweite der vorab genannten Rampen vorgesehen. Die Führungsfläche kann an geeigneten Stellen unterbrochen sein, um den Durchtritt von Hydraulikmedium zu ermöglichen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kegelscheibenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskörper und die dem Umschlingungsmittel abgewandte Innenseite der zweiten Kegelscheibe einen Aufnahmeraum für die Kugelkörper darstellen, dessen Größe in axialer Richtung radial nach außen abnimmt. Als Größe in axialer Richtung wird die Abmessung des Aufnahmeraums in axialer Richtung bezeichnet. Dadurch, dass die Abmessung des Aufnahmeraums in axialer Richtung nach außen abnimmt, ergibt sich eine Art Spalt, der sich radial nach außen verjüngt.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer vorab beschriebenen Kegelscheibenanordnung, insbesondere in einem stufenlos verstellbaren Kegelscheibenumschlingungsgetriebe. Ein derartig stufenlos verstellbares Kegelscheibenumschlingungsgetriebe wird auch als CVT-Getriebe bezeichnet, wobei die Buchstaben CVT für die englischen Begriffe Continuously Variable Transmission stehen.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein stufenlos verstellbares Kegelscheibenumschlingungsgetriebe mit einer vorab beschriebenen Kegelscheibenanordnung.
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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 der erfindungsgemäßen Kegelscheibenanordnung mit zwei Kegelscheiben und einem Umschlingungsmittel, das, bezogen auf die Kegelscheiben, radial innen angeordnet ist;
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2 die gleiche Kegelscheibenanordnung wie in 1, wobei das Umschlingungsmittel, bezogen auf die Kegelscheiben, radial außen angeordnet ist;
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3 eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung eines Ausgleichsmechanismus, der mit der erfindungsgemäßen Kegelscheibenanordnung bewirkt wird und
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4 ein kartesisches Koordinatendiagramm mit zwei Kraftkennlinien zur Veranschaulichung der Wirkung einer erfindungsgemäßen Fliehkraftausgleichseinrichtung in Kombination mit einer Kolben-/Zylindereinheit.
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In den 1 und 2 ist eine Kegelscheibenanordnung 1 vereinfacht im Längsschnitt durch eine Welle 3 in zwei verschiedenen Betriebszuständen dargestellt. Auf der Welle 3 ist ein Kegelscheibenpaar 4 angeordnet.
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Die Kegelscheibenanordnung
1 ist Teil eines stufenlos verstellbaren Getriebes, wie es zum Beispiel in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 199 21 749 A1 beschrieben ist. Stufenlose Umschlingungsgetriebe sind für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, von hohem Interesse, da sie neben einer Komfortsteigerung gegenüber automatischen Getrieben, die mit hydrodynamischen Wandlern arbeiten, Verbrauchsvorteile ermöglichen.
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Das Kegelscheibenpaar 4 auf der Welle 3 umfasst eine erste Kegelscheibe 5 und eine zweite Kegelscheibe 6. Die erste Kegelscheibe 5 ist drehfest und axial fest mit der Welle 3 verbunden, die um eine Drehachse 7 drehbar ist. Der Begriff axial bezieht sich im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kegelscheibenanordnung 1 auf die Drehachse 7 der Welle 3. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zur Drehachse 7. Analog bedeutet radial quer zur Drehachse 7.
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Die zweite Kegelscheibe 6 ist vorzugsweise drehfest mit der Welle 3 verbunden. Allerdings ist die zweite Kegelscheibe 6, im Unterschied zur ersten Kegelscheibe 5, in axialer Richtung auf der Welle 3 verlagerbar.
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Zwischen den beiden Kegelscheiben 5 und 6 ist ein Umschlingungsmittel 8 angeordnet, das vorzugsweise als Kette ausgeführt ist. In 1 ist das Umschlingungsmittel 8, bezogen auf die Kegelscheiben 5, 6, radial innen angeordnet. Demzufolge sind die beiden Kegelscheiben 5, 6 mit ihren Kegelflächen, an denen das Umschlingungsmittel 8 anliegt, in axialer Richtung weiter voneinander beabstandet als in 2.
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In 2 ist das Umschlingungsmittel 8, bezogen auf die beiden Kegelscheiben 5, 6, radial außen angeordnet. Die Kegelflächen der Kegelscheiben 5, 6 sind in 2 in axialer Richtung näher beieinander angeordnet als in 1.
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Die axial verlagerbare zweite Kegelscheibe 6 wird im Betrieb der Kegelscheibenanordnung 1 mit Hilfe einer Kolben-/Zylindereinheit 10 mit einem Anpressdruck beaufschlagt. Durch den Anpressdruck, der, zum Beispiel mit Hilfe einer Pumpe durch ein Hydraulikmedium erzeugt wird, werden die beiden Kegelscheiben 5, 6 so gegeneinander verspannt, dass das Umschlingungsmittel 8 zwischen den Kegelflächen der Kegelscheiben 5, 6 eingeklemmt wird. Der Anpressdruck wird zum Beispiel mit Hilfe eines Drehmomentfühlers erzeugt.
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Die Kolben-/Zylindereinheit 10 umfasst ein feststehendes Gehäuseteil 12. In dem feststehenden Gehäuseteil 12 ist ein Druckraum 14 ausgebildet, in welchem ein (nicht dargestelltes) Hydraulikmedium angeordnet ist, das mit dem Anpressdruck beaufschlagt ist. Der Druckraum 14 wird von einer Innenseite 15 begrenzt, die von der ersten Kegelscheibe 5 und dem Umschlingungsmittel 8 abgewandt ist. Der Druckraum 14 wird des Weiteren von einer Innenwand 16 des feststehenden Gehäuseteils 12 begrenzt. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ist die Kolben-/Zylindereinheit 10 mit einer fliehkraftpendelartigen Fliehkraftausgleichseinrichtung 20 kombiniert. Die fliehkraftpendelartige Fliehkraftausgleichseinrichtung 20 umfasst Kugelkörper 21, 22, die in axialer Richtung zwischen der Innenseite 15 der zweiten Kegelscheibe 6 und einem Führungskörper 24 angeordnet sind.
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Der Führungskörper 24 weist eine Führungsfläche 25 auf, an welcher die Kugelkörper 21, 22 anliegen. Die Führungsfläche 25 des Führungskörpers 24 und die Innenseite 15 der zweiten Kegelscheibe 6 stellen Rampen dar, an welchen die Kugelkörper 21, 22 anliegen. Daher können die Innenseite 15 der zweiten Kegelscheibe 6 und die Führungsfläche 25 des Führungskörpers 24 auch als Rampen 15, 25 bezeichnet werden.
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Die Rampen 15, 25 begrenzen einen Aufnahmeraum 28, der sich radial nach außen verjüngt. Daher kann der Aufnahmeraum 28 auch als Spalt bezeichnet werden.
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Durch einen Pfeil 41 ist in den 1 und 2 eine Drehbewegung der Welle 3 mit dem Kegelscheibenpaar 4 um die Drehachse 7 angedeutet. Durch Pfeile 42 und 43 ist die Beaufschlagung mit dem Anpressdruck durch Zuführen von Hydraulikmedium in den Druckraum 14, zum Beispiel über eine Hydraulikpumpe, angedeutet.
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Durch Pfeile 44 und 45 ist in den 1 und 2 eine Axialkraft angedeutet, die durch den Anpressdruck auf den Führungskörper 24 und/oder die zweite Kegelscheibe 6 aufgebracht wird. Der Führungskörper 24 ist vorteilhaft mit Durchtrittsöffnungen (nicht dargestellt) für das Hydraulikmedium ausgestattet, um eine direkte Beaufschlagung der Innenseite 15 der zweiten Kegelscheibe 6 mit dem Anpressdruck zu ermöglichen.
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Durch einen Pfeil 46 ist in 1 eine Zentrifugalkraft angedeutet, die durch die Drehbewegung 41 des Kegelscheibenpaars 4 auf die in dem Druckraum 14 angeordneten Kugelkörper 21, 22 wirkt. Zwischen den Rampen 15, 25 ist vorzugsweise eine Vielzahl von Kugelkörpern 21, 22 in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet. Durch eine fliehkraftbedingte Bewegung der Kugelkörper 21, 22 radial nach außen wird eine zusätzliche Kraft in axialer Richtung von den Kugelkörpern 21, 22 auf die zweite Kegelscheibe 6 ausgeübt. Diese zusätzliche Kraft in axialer Richtung ist in 2 durch einen Pfeil 47 angedeutet.
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In 3 ist das Prinzip einer fliehkraftpendelartigen Fliehkraftausgleichseinrichtung 30 angedeutet, die der fliehkraftpendelartigen Fliehkraftausgleichseinrichtung 20 in 1 entspricht. Kugelkörper 31 sind in radialer Richtung zwischen einer Welle 33 und einem Gehäusekörper 35 der fliehkraftpendelartigen Fliehkraftausgleichseinrichtung 30 angeordnet. In einem, bezogen auf die Fliehkraft, ausbalancierten Zustand herrscht ein Gleichgewicht zwischen den im Betrieb der Kegelscheibenanordnung wirkenden Klemmkräften und Fliehkräften. In Abhängigkeit von der Drehzahl der Welle 33 und dem Anpressdruck funktioniert die Fliehkraftausgleichseinrichtung 30 wie ein Fliehkraftpendel.
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In 4 ist ein kartesisches Koordinatendiagramm mit einer x-Achse 51 und einer y-Achse 52 dargestellt. Auf der x-Achse 51 ist eine Drehzahl der Welle 3 beziehungsweise der Kegelscheibe 5 beziehungsweise des Kegelscheibenpaars 4 in Umdrehungen pro Minute aufgetragen. Auf der y-Achse 52 ist die Axialkraft auf die zweite Kegelscheibe 6 in Newton aufgetragen.
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Eine Kurve 54 zeigt den Axialkraftverlauf über der Drehzahl, wobei die Axialkraft durch den Anpressdruck in dem Druckraum (14 in den 1 und 2) erzeugt wird. Eine Kurve 55 zeigt den Axialkraftverlauf über der Drehzahl, wobei die Axialkraft durch auf die Kugelkörper wirkende Zentrifugalkräfte erzeugt wird.
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Links von einer punktierten Linie 56, die parallel zur y-Achse 52 angeordnet ist, ist die durch den Anpressdruck erzeugte Axialkraft größer als die durch die Zentrifugalkräfte bewirkte Axialkraft. An einem Punkt 58 auf der Linie 56 ist die durch den Anpressdruck erzeugte Axialkraft gleich der durch die Zentrifugalkräfte erzeugten Axialkraft.
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Rechts von der Linie 56 ist die durch die Zentrifugalkräfte erzeugte Axialkraft größer als die durch den Anpressdruck erzeugte Axialkraft. Der Bereich links von der Linie 56 in 4 entspricht dem in 1 dargestellten Betriebszustand der Kegelscheibenanordnung. Der in 4 rechts von der Linie 56 dargestellte Bereich entspricht dem in 2 dargestellten Betriebszustand der Kegelscheibenanordnung 1.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kegelscheibenanordnung
- 2
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- 3
- Welle
- 4
- Kegelscheibenpaar
- 5
- erste Kegelscheibe
- 6
- zweite Kegelscheibe
- 7
- Drehachse
- 8
- Umschlingungsmittel
- 9
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- 10
- Kolben-/Zylindereinheit
- 11
-
- 12
- feststehendes Gehäuseteil
- 13
-
- 14
- Druckraum
- 15
- Innenseite
- 16
- Innenwand
- 17
-
- 18
-
- 19
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- 20
- Fliehkraftausgleichseinrichtung
- 21
- Kugelkörper
- 22
- Kugelkörper
- 23
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- 24
- Führungskörper
- 25
- Führungsfläche
- 26
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- 27
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- 28
- Aufnahmeraum
- 29
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- 30
- Fliehkraftausgleichseinrichtung
- 31
- Kugelkörper
- 32
-
- 33
- Welle
- 34
-
- 35
- Gehäusekörper
- 36
-
- 37
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- 38
- Aufnahmeraum
- 39
-
- 40
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- 41
- Pfeil
- 42
- Pfeil
- 43
- Pfeil
- 44
- Pfeil
- 45
- Pfeil
- 46
- Pfeil
- 47
- Pfeil
- 48
-
- 49
-
- 50
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- 51
- x-Achse
- 52
- y-Achse
- 53
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- 54
- Kurve
- 55
- Kurve
- 56
- Linie
- 57
-
- 58
- Punkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009036882 A1 [0002]
- DE 10021793 B4 [0002]
- DE 19921749 A1 [0020]
