-
Stand der Technik
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein CVT-Getriebe (stufenlos verstellbares Getriebe) mit einer deutlich verbesserten Steuerbarkeit und Regelbarkeit.
-
CVT-Getriebe sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Aufgrund des kontinuierlich variablen Getriebes können bei Fahrzeugen jeweils geeignete Übersetzungsverhältnisse im Vergleich mit Getrieben mit festgelegten Gängen erreicht werden. Ein besonderes Anwendungsgebiet derartiger CVT-Getriebe sind Kleinfahrzeuge, wie beispielsweise Zweiräder, Dreiräder, sog. Tuk-Tuks, Schneemobile, Quads oder Scooter. Bei derartigen CVT-Getrieben werden häufig Fliehkraftregler zur Verstellung einer Position eines Riemens an einem Kegelscheibenpaar verwendet. Abhängig von der Drehzahl verlagern Fliehkraftgewichte des Fliehkraftreglers dabei ihre radiale Position, wodurch ein axialer Abstand zwischen zwei Kegelscheiben verändert wird und dadurch eine Übersetzung des Getriebes verändert wird. Ein Nachteil derartiger Anordnungen ist es jedoch, dass kein gesteuerter bzw. geregelter Eingriff in die Getriebeübersetzung des CVT-Getriebes möglich ist. Dadurch werden die CVT-Getriebe mit Fliehkraftregler im Stand der Technik üblicherweise nicht an einem optimalen Punkt betrieben, so dass Kraftstoffverbrauch und/oder Emissionen des Fahrzeugs verschlechtert sind. Es wäre daher wünschenswert, dieses Potential bei fliehkraftgeregelten CVT-Getrieben zu nutzen und eine Möglichkeit einer Kraftstoffreduzierung und einer Emissionsreduzierung zu erhalten. Ferner weisen fliehkraftgeregelte CVT-Getriebe auch hinsichtlich einer Fahrzeugdynamik keine optimale Ausgestaltung auf. Insbesondere bei einer Beschleunigung des Fahrzeugs aus dem Stand und bei einer Beschleunigung des Fahrzeugs während einer Fahrt, z.B. einer Elastizität ausgehend von einer ersten Geschwindigkeit auf eine zweite Geschwindigkeit, bestehen aufgrund des nicht optimal gewählten Übersetzungsverhältnisses des fliehkraftgeregelten CVT-Getriebes noch erhebliches Verbesserungspotential.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Das erfindungsgemäße CVT-Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass ein Emissionsverhalten und ein Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs signifikant verbessert werden kann. Ferner werden auch deutlich bessere Fahrleistungen, insbesondere bei der Fahrdynamik hinsichtlich einer Beschleunigung aus dem Stand und hinsichtlich einer Beschleunigung eines fahrenden Fahrzeugs, erreicht. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das CVT-Getriebe jeweils in einer optimierten Position betrieben werden kann. Erfindungsgemäß umfasst das CVT-Getriebe hierbei ein Kegelscheibenpaar mit einer ortsfesten Kegelscheibe und einer axial beweglichen Kegelscheibe. Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Getriebe eine Stelleinrichtung zur Verstellung einer Position der axial beweglichen Kegelscheibe. Die Stelleinrichtung umfasst dabei ein Lager, welches zwischen der axial beweglichen Kegelscheibe und einer Lagerbuchse, die an der axial beweglichen Kegelscheibe angeordnet ist, vorgesehen ist. Hierdurch wird ein Mitdrehen der Lagerbuchse mit einer Kurbelwelle im Betrieb vermieden. Ferner umfasst die Stelleinrichtung einen Spindeltrieb mit einer Spindel und einer Spindelmutter sowie einen Hebel, welcher die Spindelmutter mit der Lagerbuchse verbindet. Ein Stellantrieb ist vorgesehen, um den Spindeltrieb anzutreiben. Eine Steuereinheit ist eingerichtet, die Stelleinrichtung zu betätigen, um eine Position der axial bewegbaren Kegelscheibe zu verändern. Somit kann erfindungsgemäß eine Verstellung durch die Steuereinheit eines CVT-Getriebes ermöglicht werden, um das CVT-Getriebe in optimalen Betriebspunkten zu betreiben.
-
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
-
Weiter bevorzugt ist eine Abtriebswelle des Stellantriebs der Stelleinrichtung parallel zu einer Mittelachse des Kegelscheibenpaars angeordnet. Dadurch kann ein besonders kompakter Aufbau erreicht werden.
-
Für einen weiteren kompakten Aufbau des Getriebes ist vorzugsweise die Spindel des Spindeltriebs parallel zur Mittelachse des Kegelscheibenpaars angeordnet.
-
Weiter bevorzugt ist die Lagerbuchse mit einer Ausnehmung versehen, um ein Ende des Hebels, welcher die Spindelmutter mit der Lagerbuchse verbindet, aufzunehmen. Die Ausnehmung ist vorzugsweise eine Nut.
-
Bevorzugt ist ferner eine Drehmomentstütze vorgesehen, welche mit der Lagerbuchse verbunden ist, um eine Rotation der Lagerbuchse gemeinsam mit der axial beweglichen Kegelscheibe zu vermeiden.
-
Bevorzugt weist der Hebel eine Hebelverlängerung auf, welche an einem Widerlager mittels eines Gelenks gelenkig abgestützt ist. Hierdurch werden Stellkräfte entsprechend dem Hebelgesetz verstärkt. Die Drehmomentstütze ist vorzugsweise an einem Motorblock abgestützt.
-
Bevorzugt ist die Steuereinheit eingerichtet, die Stelleinrichtung, basierend auf Kenngrößen eines Antriebsmotors zu steuern. Als Kenngrößen des Antriebsmotors werden bevorzugt eine Drehzahl des Antriebsmotors und/oder ein Drehmoment des Antriebsmotors und/oder eine Temperatur und/oder ein Luftdruck verwendet. Die Kenngrößen zur Steuerung der Stelleinrichtung können dabei unmittelbar am Antriebsmotor erfasst werden oder an mit dem Antriebsmotor verbundenen Bauteilen. Der Antriebsmotor ist vorzugsweise eine Brennkraftmaschine.
-
Weiter bevorzugt ist die Steuereinheit eingerichtet, die Stelleinrichtung basierend auf einer Wahl eines Fahrmodus eines Fahrers zu steuern. Beispielsweise können vorbestimmte Getriebeeinstellungen gespeichert werden, welche bei entsprechender Wahl eines Fahrmodus, z.B. ein Sportmodus oder ein Kraftstoff-Sparmodus oder dgl., von der Stelleinrichtung eingenommen werden.
-
Weiter bevorzugt verläuft die Kurbelwelle durch das Kegelscheibenpaar. Dadurch kann ein besonders kompakter Aufbau des CVT-Getriebes und insbesondere auch der Einheit, umfassend das CVT-Getriebe und den Antriebsmotor, erreicht werden.
-
Weiter bevorzugt ist die ortsfeste Kegelscheibe dabei direkt mit der Kurbelwelle verbunden, so dass in Axialrichtung der Kurbelwelle nur ein minimaler Bauraumbedarf für das CVT-Getriebe notwendig ist.
-
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, umfassend ein erfindungsgemäßes CVT-Getriebe. Das Fahrzeug ist vorzugsweise ein Kleinfahrzeug, insbesondere ein Zweirad oder ein Dreirad oder ein Schneemobil oder Quad oder ein Scooter oder dgl.
-
Weiter bevorzugt ist der Stellantrieb an einem Gehäuse des CVT-Getriebes angeordnet. Vorzugsweise ragt dabei eine Abtriebswelle des Stellantriebs in das Gehäuseinnere und ein Zwischengetriebe zur Verstellung der Abstützwand ist vorzugsweise im Gehäuseinneren angeordnet.
-
Zeichnung
-
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
-
1 eine schematische Schnittansicht eines CVT-Getriebes gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
-
2 eine perspektivische Ansicht des Getriebes von 1, und
-
3 eine schematische Schnittansicht eines CVT-Getriebes gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
-
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ein CVT-Getriebe 1, d.h., ein kontinuierlich verstellbares, stufenloses Getriebe, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben.
-
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst das CVT-Getriebe 1 ein Kegelscheibenpaar 2 mit einer ortsfesten Kegelscheibe 20 und einer axial beweglichen Kegelscheibe 21.
-
Die ortsfeste Kegelscheibe 20 ist auf einer Kurbelwelle 11 fixiert. Genauer, wie aus 1 ersichtlich ist, ist die ortsfeste Kegelscheibe 20 am Ende der Kurbelwelle 11 angeordnet. Die Kurbelwelle 11 ist, wie in 1 angedeutet, mit einem Antriebsmotor 10, insbesondere einer Brennkraftmaschine verbunden.
-
Zur Verstellung der axial beweglichen Kegelscheibe 21 ist erfindungsgemäß eine Stelleinrichtung 5 vorgesehen, welche mit einer Steuereinheit 6 verbunden ist. Die Stelleinrichtung 5 umfasst einen Stellantrieb 50, eine Abtriebswelle 51 des Stellantriebs und einen Spindeltrieb 3. Der Spindeltrieb 3 umfasst eine Spindel 30 sowie eine Spindelmutter 31, welche axial beweglich auf der Spindel angeordnet ist. Die Spindel 30 ist mit der Abtriebswelle 51 verbunden oder alternativ einteilig mit der Abtriebswelle 51 gebildet. Vorzugsweise ist an der Spindelmutter 31 eine Biegemomentstütze angeordnet, um eine Steifigkeit zu erhöhen.
-
Die Stelleinrichtung 5 umfasst ferner einen Hebel 4, welcher die Spindelmutter 31 mit einer Lagerbuchse 8 verbindet, wie aus 1 ersichtlich ist. Die Lagerbuchse 8 ist an einer Rückwand 22 der axial beweglichen Kegelscheibe 21 positioniert und ermöglicht eine Axialverstellung der axial beweglichen Kegelscheibe 21. Hierbei umfasst die Lagerbuchse 8 eine Ausnehmung 80 in Form einer Nut, in welche ein Ende des Hebels 4 eingreift. Da der Hebel 4 fest mit der Spindelmutter 31 verbunden ist, wird bei einer Axialbewegung der Spindelmutter 31 auch die Lagerbuchse 8 in Axialrichtung bewegt.
-
Zwischen der Lagerbuchse 8 und der axial beweglichen Kegelscheibe 21 ist ferner eine Lageranordnung 7 mit einem ersten Lager 71 und einem zweiten Lager 72 angeordnet. Dadurch wird vermieden, dass die Lagerbuchse 80 im Betrieb gemeinsam mit der axial beweglichen Kegelscheibe 21 bzw. der Kurbelwelle 11 dreht. Die axiale Verstellkraft wird dabei von der Lagerbuchse 8 über die beiden Lager 71, 72 auf die axial bewegliche Kegelscheibe 21 übertragen.
-
Wie aus 2 ersichtlich ist, ist eine Drehmomentstütze 81 vorgesehen, welche mit der Lagerbuchse 8 verbunden ist, um eine Drehung der Lagerbuchse 8 zusammen mit der axial beweglichen Kegelscheibe 21 zu verhindern.
-
Der Stellantrieb 50 ist vorzugsweise ein elektrischer Motor. Alternativ umfasst die Stelleinrichtung 5 jedoch einen pneumatisch betriebenen Verstellantrieb oder einen hydraulisch betriebenen Verstellantrieb oder einen elektromagnetischen Verstellantrieb.
-
Ein Umschlingungsmittel 12, z.B. ein Riemen, ist zwischen den beiden Kegelscheiben 20, 21 angeordnet. Das Umschlingungsmittel 12 ist mit einem Abtriebselement 13, vorzugsweise ebenfalls einem Kegelscheibenpaar, verbunden. Das Abtriebselement 13 kann aber beispielsweise auch ein direkt angetriebenes Rad oder dgl. sein.
-
Erfindungsgemäß kann somit über die Steuereinheit 6 eine Position der beweglichen Kegelscheibe 21 eingestellt werden und dadurch ein axialer Abstand zwischen den beiden Kegelscheiben 20, 21 eingestellt werden, welcher eine gewünschte Übersetzung des CVT-Getriebes bereitstellt. Hierzu wird der Stellantrieb 50 angetrieben und der Spindeltrieb 3 wandelt die Rotation in eine Axialbewegung der Spindelmutter 31 um. Da der Hebel 4 starr mit der Spindelmutter 31 verbunden ist, wird entsprechend auch der Hebel 4, wie in 1 durch den Doppelpfeil A angedeutet, in Axialrichtung X-X verschoben. Hierdurch wird auch die Lagerbuchse 8, und über die Lageranordnung 7 die axial bewegliche Kegelscheibe 21 axial verschoben. Dadurch wird der Riemen, abhängig von der Drehrichtung des Stellantriebs 50 am Umfang der Kegelscheiben weiter nach außen oder weiter nach innen geführt. Somit kann eine stufenlose Übersetzung realisiert werden.
-
Weiterhin kann auf die Verwendung von Fliehkraftelementen, wie im Stand der Technik, verzichtet werden. Dadurch ergibt sich ein kostengünstigerer und einfacherer sowie zuverlässiger Aufbau.
-
Erfindungsgemäß kann in Abhängigkeit von Kenngrößen, beispielsweise die Drehzahl und/oder das Drehmoment des Antriebsmotors 10 und/oder einer Temperatur und/oder eines Luftdrucks eine optimierte Getriebeübersetzung realisiert werden. Die Getriebeübersetzung kann dabei hinsichtlich einer Verbrauchsoptimierung oder einer Emissionsoptimierung oder einer Optimierung einer Beschleunigung des Fahrzeugs, gewählt werden. Auch kann eine beliebige Kombination von zu optimierenden Ausgangsgrößen gewählt werden und entsprechend eine hierfür optimale Getriebeübersetzung des CVT-Getriebes eingestellt werden.
-
Versuche mit einem erfindungsgemäßen CVT-Getriebe 1 haben dabei ergeben, dass eine Verbrauchseinsparung von Kraftstoff im Bereich von 10% möglich ist, eine verbesserte Beschleunigung in einem Bereich zwischen 0 bis 60 km/h von bis zu 17% möglich ist und eine verbesserte Elastizität einer Beschleunigung in einem Bereich zwischen 20 bis 50 km/h von 19% im Vergleich mit einem normalen fliehkraftgeregelten CVT-Getriebe möglich sind. Zwar erfordert das erfindungsgemäße CVT-Getriebe durch die Stelleinrichtung einen etwas größeren mechanischen und elektrischen Aufbau, dieser kann allerdings durch die dargelegten Verbesserungen und Einsparungen mehr als wett gemacht werden.
-
3 zeigt ein CVT-Getriebe 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist beim zweiten Ausführungsbeispiel zusätzlich noch eine Hebelverlängerung 40 vorgesehen. Die Hebelverlängerung 40 ist über ein Gelenk 41 an einem Widerlager 42 gelenkig gelagert. Dadurch ist der Hebel 4 gelenkig gelagert, so dass sich Stellkräfte des Spindeltriebs 3 entsprechend dem Hebelgesetz verstärken. Dadurch kann eine kleinere Auslegung des Stellantriebs 50 ermöglicht werden und der gesamte Aufbau des Getriebes kostengünstiger und kompakter realisiert werden.
