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Die Erfindung betrifft ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, insbesondere ein CVT-Getriebe (continuously variable transmission), bevorzugt für ein Kraftfahrzeug. Insbesondere wird das Kegelscheibenumschlingungsgetriebe in Verbindung mit einer Verbrennungskraftmaschine oder einer anderen Antriebseinheit zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges eingesetzt.
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Ein solches Kegelscheibenumschlingungsgetriebe umfasst regelmäßig zumindest ein erstes Kegelscheibenpaar und ein zweites Kegelscheibenpaar mit jeweils einer in einer axialen Richtung verlagerbaren ersten Kegelscheibe und einer in der axialen Richtung feststehenden zweiten Kegelscheibe und einem zur Drehmomentübertragung zwischen den Kegelscheibenpaaren angeordneten Umschlingungsmittel. Zur Vorspannung des Umschlingungsmittels ist zwischen zumindest einer der ersten Kegelscheiben und einem in der axialen Richtung feststehenden Element eine Druckfeder in Form einer Spiralfeder angeordnet.
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Ein solches Kegelscheibenumschlingungsgetriebe ist z. B. aus der
DE 198 57 710 A1 bekannt, die hiermit hinsichtlich der Beschreibung des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes vollumfänglich in Bezug genommen wird. Es wird dort erläutert, dass es bei der Anordnung einer zylindrischen Feder (eine Druckfeder in Form einer Spiralfeder) dazu kommen kann, dass unter hoher axialer Beaufschlagung der Feder einzelne Windungen der Feder in einer radialen Richtung nach außen ausweichen und zwischen der axial verlagerbaren Kegelscheibe und dem axial feststehenden Element eingeklemmt werden. Daher wird dort eine speziell geformte Druckfeder vorgeschlagen, deren Windungen sich radial innen an einem Ansatz der axial verlagerbaren Kegelscheibe anlegen. Weiter weisen die axial äußeren Windungen einen in radialer Richtung größeren Radius auf als die axial weiter innen angeordneten Windungen.
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Druckfedern in Form von Spiralfedern weisen regelmäßig eine Mehrzahl von Windungen auf, wobei die Enden der Spiralfeder in den allermeisten Fällen nicht in einer gemeinsamen Ebene, die die Drehachse der Spiralfeder umfasst, liegen. Dadurch liegt gegenüber der Drehachse eine ungleiche Verteilung der Masse der Druckfeder vor, die im Betrieb des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes zu einer Unwucht führen kann. Diese Unwucht führt zu einer ungleichmäßigen Belastung des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes und beschleunigt damit den Verschleiß der Bauteile des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Insbesondere soll eine Unwucht der Druckfeder möglichst weitgehend kompensiert werden.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Die Erfindung betrifft eine Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, zumindest aufweisend ein erstes Kegelscheibenpaar und ein zweites Kegelscheibenpaar mit jeweils einer in einer axialen Richtung verlagerbaren ersten Kegelscheibe und einer in der axialen Richtung feststehenden zweiten Kegelscheibe und einem zur Drehmomentübertragung zwischen den Kegelscheibenpaaren angeordneten Umschlingungsmittel, wobei zur Vorspannung des Umschlingungsmittels zwischen zumindest einer der ersten Kegelscheiben und einem in der axialen Richtung feststehenden Element eine Druckfeder in Form einer Spiralfeder angeordnet ist, wobei zum Ausgleich einer Unwuchtkraft der Druckfeder an dem Element oder an der ersten Kegelscheibe eine Ausgleichmasse angeordnet ist.
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Hinsichtlich des Aufbaus eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes wird auf die eingangs erwähnte
DE 198 57 710 A1 verwiesen. Der dort beschriebene Kraftspeicher entspricht der hier angeführten Druckfeder.
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Insbesondere weisen Druckfedern in Form einer Spiralfeder eine Mehrzahl von Windungen auf, die sich ausgehend von einem ersten Ende der Druckfeder spiralförmig in einer Umfangsrichtung um eine (Dreh-)Achse, und in der axialen Richtung entlang der (Dreh-)Achse hin zu einem zweiten Ende erstrecken.
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Insbesondere stützt sich das eine Ende der Druckfeder in der axialen Richtung an dem Element und das andere Ende an der ersten Kegelscheibe ab.
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Dabei liegen die zwei Enden der Druckfeder nur in Ausnahmefällen in einer gemeinsamen Ebene, die die Drehachse umfasst. Bereits aus diesem Grund weist die (unverformte, nicht beaufschlagte) Druckfeder gegenüber der Drehachse der Druckfeder eine Unwucht auf, die im Betrieb des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes aufgrund der Drehung der Druckfeder um die gemeinsame Drehachse von der Druckfeder, der ersten Kegelscheibe und dem Element eine Unwuchtkraft hervorruft.
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Die Lage und Größe der Unwuchtmasse dieser unverformten und nicht beaufschlagten Feder kann (z. B. rechnerisch) einfach bestimmt werden.
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Weiterhin kann sich die Druckfeder im Betrieb des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes bei axialer Beaufschlagung der Druckfeder und bei hoher Drehzahl gegenüber der Drehachse ungleichmäßig verformen, wobei zumindest Bereiche von einzelnen Windungen in der radialen Richtung nach außen oder innen verschoben angeordnet sind. Auch diese Verformung bewirkt im Betrieb eine Unwuchtkraft gegenüber der Drehachse der Druckfeder, wobei diese Unwuchtkraft wesentlich geringer ist als die Unwuchtkraft aufgrund der ungleichen Massenverteilung der nicht verformten Druckfeder.
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Die Unwuchtkraft errechnet sich allgemein aus: Fu = mu·Ru·ω2
wobei
- Fu
- die Unwuchtkraft;
- mu
- die Unwuchtmasse;
- Ru
- der Abstand der Unwuchtmasse in der radialen Richtung relativ zur Drehachse und
- ω
- die Winkelgeschwindigkeit (Drehgeschwindigkeit) der Unwuchtmasse um die Drehachse ist.
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Zum (zumindest teilweisen, bevorzugt vollständigen) Ausgleich dieser Unwuchtmasse wird nun vorgeschlagen, an dem Element oder an der ersten Kegelscheibe eine Ausgleichmasse (Auswuchtmasse) vorzusehen. Diese Ausgleichsmasse errechnet sich entsprechend aus Fa = ma·Ra·ω2
wobei
- Fa
- die Auswuchtkraft;
- ma
- die Ausgleichsmasse;
- Ra
- der Abstand der Ausgleichsmasse in der radialen Richtung relativ zur Drehachse und
- ω
- die Winkelgeschwindigkeit (Drehgeschwindigkeit) der Ausgleichsmasse um die Drehachse ist.
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Insbesondere weist die Druckfeder eine Mehrzahl von Windungen auf, die sich ausgehend von einem ersten Ende der Druckfeder spiralförmig in einer Umfangsrichtung um eine gemeinsamen Drehachse zumindest von der Druckfeder, der ersten Kegelscheibe und dem Element, und in der axialen Richtung entlang der Drehachse hin zu einem zweiten Ende erstrecken, wobei die Position in der Umfangsrichtung zumindest eines Endes der Druckfeder durch die Ausgleichmasse bestimmt ist.
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Insbesondere bildet die Ausgleichsmasse einen Anschlag, an dem sich ein Ende der Druckfeder in der Umfangsrichtung abstützt. Damit kann die Position des Endes und damit die Position der Druckfeder in einfacher Weise festgelegt werden.
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Insbesondere bei dem Zusammenbau des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes lässt sich die Druckfeder so einfach und in korrekter Position einbauen, so dass ein Unwucht im Betrieb des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes verringert bzw. verhindert wird.
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Insbesondere wird das Kegelscheibenumschlingungsgetriebe nur in einer Drehrichtung betrieben. Aus diesem Grund ist bereits ein Anschlag für ein Ende der Druckfeder ausreichend, um die Position des Endes und der Druckfeder dauerhaft festzulegen. Eine Verdrehung der Druckfeder wird dann auch im Betrieb des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes nicht auftreten.
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Weiterhin kann die Anordnung der Druckfeder an Element und erster Kegelscheibe (zusätzlich) so abgestimmt werden, dass eine ausreichend große Reibung zwischen Druckfeder und Element/ erster Kegelscheibe vorliegt, so dass eine Verdrehung der Druckfeder auch im Betrieb des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes nicht auftritt.
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Insbesondere sind zumindest ein Ende und zumindest ein Teil der sich daran anschließenden Windung in einer Aufnahme am Element und/oder an der ersten Kegelscheibe angeordnet und in der Aufnahme in einer radialen Richtung abgestützt.
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Insbesondere ist die Ausgleichsmasse in der Aufnahme angeordnet. Bevorzugt ist die Ausgleichsmasse einstückig (einteilig, formschlüssig) mit der ersten Kegelscheibe oder dem Element verbunden.
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Insbesondere wird die Ausgleichsmasse in einem gemeinsamen Herstellungsverfahren zusammen mit dem Element oder der Kegelscheibe aus einem einzigen Ausgangswerkstück hergestellt. Insbesondere wird die Ausgleichsmasse im Rahmen eines spanenden Bearbeitung des Elements oder der Kegelscheibe hergestellt.
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Insbesondere erstreckt sich eine Windung der Druckfeder über einen Winkelbereich von 360 Winkelgrad, wobei die Druckfeder zwischen 3 und 8 Windungen aufweist. Windungen, die weniger als 360 Winkelgrad umfassen, werden insbesondere nicht mitgezählt.
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Weiter wird eine Kegelscheibe für ein erfindungsgemäßes Kegelscheibenumschlingungsgetriebe vorgeschlagen, wobei die Kegelscheibe eine erste Kegelscheibe ist und die Ausgleichsmasse einstückig mit der Kegelscheibe verbunden ist.
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Die Ausführungen zum Kegelscheibenumschlingungsgetriebe gelten gleichermaßen für die hier vorgeschlagene (erste) Kegelscheibe.
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Weiter wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, in dem ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe ein Drehmoment einer Antriebseinheit auf die Räder des Kraftfahrzeuges überträgt.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände. Es zeigen:
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1: einen Teil eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes in einer Seitenansicht im Schnitt;
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2: zeigt eine Druckfeder in einer Seitenansicht;
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3: zeigt eine erste Kegelscheibe in einer Draufsicht;
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4: die erste Kegelscheibe aus 3 in einer perspektivischen Ansicht;
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5: die erste Kegelscheibe gemäß 3 und 4 mit Druckfeder in einer perspektivischen Ansicht; und
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6: den Teil des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes in einer Seitenansicht im Schnitt mit Unwuchtkraft und Auswuchtkraft.
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1 zeigt einen Teil eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes 1 in einer Seitenansicht im Schnitt. Das Kegelscheibenumschlingungsgetriebe 1 weist ein erstes Kegelscheibenpaar 2 und ein zweites Kegelscheibenpaar (nicht dargestellt) mit jeweils einer in einer axialen Richtung 3 verlagerbaren ersten Kegelscheibe 4 und einer in der axialen Richtung 3 feststehenden zweiten Kegelscheibe 5 und einem zur Drehmomentübertragung zwischen den Kegelscheibenpaaren 2 angeordneten Umschlingungsmittel 6 auf, wobei zur Vorspannung des Umschlingungsmittels 6 zwischen zumindest einer der ersten Kegelscheiben 4 und einem in der axialen Richtung 3 feststehenden Element 7 eine Druckfeder 11 in Form einer Spiralfeder angeordnet ist.
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Im Betrieb des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes 1 kann aufgrund der ungleichmäßig verteilten Massen der Druckfeder 8 eine Unwuchtkraft 9 auftreten, die zu einer erhöhten Belastung des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes 1 führt.
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Die Druckfeder 8 weist eine Mehrzahl von Windungen 11 auf, die sich ausgehend von einem ersten Ende 12 der Druckfeder 8 spiralförmig in einer Umfangsrichtung 13 um eine gemeinsamen Drehachse 14 zumindest von der Druckfeder 8, der ersten Kegelscheibe 4 und dem Element 7, und in der axialen Richtung 3 entlang der Drehachse 14 hin zu einem zweiten Ende 15 erstrecken.
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Hinsichtlich des Aufbaus eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes
1 wird auf die eingangs erwähnte
DE 198 57 710 A1 verwiesen. Der dort beschriebene Kraftspeicher entspricht der hier angeführten Druckfeder
8.
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2 zeigt eine Druckfeder 8 in einer Seitenansicht. Die Druckfeder 8 in Form einer Spiralfeder weist eine Mehrzahl von Windungen 11 auf, die sich ausgehend von einem ersten Ende 12 der Druckfeder 8 spiralförmig in einer Umfangsrichtung 13 um eine (Dreh-)Achse 14, und in der axialen Richtung 3 entlang der (Dreh-)Achse 14 hin zu einem zweiten Ende 15 erstrecken.
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Es ist erkennbar, dass die zwei Enden 12, 15 der Druckfeder 8 nicht in einer gemeinsamen Ebene, die die Drehachse 14 umfasst, liegen. Aus diesem Grund weist die (unverformte, nicht beaufschlagte) Druckfeder 8 gegenüber der Drehachse 14 der Druckfeder 8 eine Unwucht auf, die im Betrieb des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes 1 aufgrund der Drehung der Druckfeder 8 um die Drehachse 14 eine Unwuchtkraft hervorruft.
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Die Lage und Größe der Unwuchtmasse dieser unverformten und nicht beaufschlagten Druckfeder 8 kann (z. B. rechnerisch) einfach bestimmt werden.
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Weiterhin kann sich die Druckfeder 8 im Betrieb des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes 1 bei axialer Beaufschlagung der Druckfeder 8 und bei hoher Drehzahl gegenüber der Drehachse 14 ungleichmäßig verformen, wobei zumindest Bereiche von einzelnen Windungen 11 in der radialen Richtung 19 nach außen oder innen verschoben angeordnet sind (siehe angedeutete Querschnitte 21 der Windungen 11). Auch diese Verformung bewirkt im Betrieb eine Unwuchtkraft gegenüber der Drehachse 14 der Druckfeder 8, wobei diese Unwuchtkraft wesentlich geringer ist als die Unwuchtkraft aufgrund der ungleichen Massenverteilung der nicht verformten Druckfeder 8.
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3 zeigt eine erste Kegelscheibe 4 in einer Draufsicht. 4 zeigt die erste Kegelscheibe 4 aus 3 in einer perspektivischen Ansicht und 5 zeigt die erste Kegelscheibe 4 gemäß 3 und 4 mit Druckfeder 8 in einer perspektivischen Ansicht.
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Die erste Kegelscheibe 4 weist eine Aufnahme 18 für die Druckfeder 8 auf, in der sich ein zweites Ende 15 und zumindest ein Teil der sich daran anschließenden Windung 11 in einer radialen Richtung 19 abstützt (siehe 5). Die Ausgleichsmasse 10 ist in der Aufnahme 18 angeordnet.
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Hier ist die Ausgleichsmasse 10 einstückig (einteilig, formschlüssig) mit der ersten Kegelscheibe 4 verbunden. Z. B. wird die Ausgleichsmasse 10 in einem gemeinsamen Herstellungsverfahren zusammen mit der ersten Kegelscheibe 4 aus einem einzigen Ausgangswerkstück hergestellt. Z. B. wird die Ausgleichsmasse 10 im Rahmen einer spanenden Bearbeitung der ersten Kegelscheibe 4 hergestellt.
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Die Ausgleichsmasse ma 10 ist in einem Abstand Ra 22 von der Drehachse 14 angeordnet. Im Betrieb des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes 1 dreht sich die erste Kegelscheibe 4 zusammen mit der Ausgleichsmasse 10 mit der Winkelgeschwindigkeit 23 in Umfangsrichtung 13.
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Das zweite Ende 15 der Druckfeder 8 stützt sich in der axialen Richtung 3 an der ersten Kegelscheibe 4 ab. Die Druckfeder 8 weist eine Mehrzahl von Windungen 11 auf, die sich ausgehend von einem ersten Ende 12 der Druckfeder 8 spiralförmig in einer Umfangsrichtung 13 um eine gemeinsamen Drehachse 14 von der Druckfeder 8 und der ersten Kegelscheibe 4, und in der axialen Richtung 3 entlang der Drehachse 14 hin zu einem zweiten Ende 15 erstrecken, wobei die Position 16 in der Umfangsrichtung 13 zumindest des zweiten Endes 15 der Druckfeder 8 durch die Ausgleichmasse 10 bestimmt ist. Hier bildet die Ausgleichsmasse 10 nämlich einen Anschlag 17, an dem sich das zweite Ende 15 der Druckfeder 8 in der Umfangsrichtung 13 abstützt. Damit kann die Position 16 des zweiten Endes 15 und damit die Position 16 der Druckfeder 8 und des ersten Endes 12 in einfacher Weise festgelegt werden.
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Gerade bei dem Zusammenbau des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes 1 lässt sich die Druckfeder 8 so einfach und in korrekter Position 16 einbauen, so dass eine Unwucht im Betrieb des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes 1 verringert bzw. durch eine Ausgleichmasse 10 vollständig kompensiert wird.
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6 zeigt den Teil des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes 1 aus 1 in einer Seitenansicht im Schnitt mit Unwuchtkraft 9 und Auswuchtkraft 20. Es wird auf die Ausführungen zu 1 verwiesen.
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Hier ist nun eine erste Kegelscheibe 4 mit Ausgleichmasse 10 angeordnet, so dass die Unwucht der Druckfeder 8 durch die Anordnung der Ausgleichmasse 10 ausgeglichen wird. Dabei wird die Ausgleichsmasse 10 gegenüber der errechneten Lage der Unwuchtmasse mu so angeordnet, dass sich die Unwuchtkraft 9 und die Auswuchtkraft 20 gegenseitig aufheben. Gleichzeitig wird die Ausgleichmasse 10 so ausgeführt, dass sie einen Anschlag 17 für ein Ende 12, 15 der Druckfeder 8 ausbildet, so dass die Position 16 der Druckfeder 8 durch den Anschlag 17 bestimmt werden kann. Damit kann direkt bei dem Zusammenbau des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes 1 die Unwucht der Druckfeder 8 ausgeglichen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kegelscheibenumschlingungsgetriebe
- 2
- erstes Kegelscheibenpaar
- 3
- axiale Richtung
- 4
- erste Kegelscheibe
- 5
- zweite Kegelscheibe
- 6
- Umschlingungsmittel
- 7
- Element
- 8
- Druckfeder
- 9
- Unwuchtkraft
- 10
- Ausgleichmasse ma
- 11
- Windung
- 12
- erstes Ende
- 13
- Umfangsrichtung
- 14
- Drehachse
- 15
- zweites Ende
- 16
- Position
- 17
- Anschlag
- 18
- Aufnahme
- 19
- radiale Richtung
- 20
- Auswuchtkraft
- 21
- Querschnitt
- 22
- Abstand
- 23
- Winkelgeschwindigkeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19857710 A1 [0003, 0008, 0038]