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Die Erfindung betrifft ein CVT-Getriebe mit zwei durch ein Umschlingungsmittel miteinander verbundenen Scheibensätzen, die jeweils eine Festscheibe und eine Wegscheibe umfassen, die axial bewegbar ist, und mit mindestens einem Führungskörper, der in einer schräg zu einer Drehachse verlaufenden Führungsausnehmung geführt ist, um die Anpressung zwischen den Scheibensätzen und dem Umschlingungsmittel in Abhängigkeit von einem zu übertragenden Drehmoment zu variieren. Die Erfindung betrifft auch eine Antriebseinheit mit einem elektromotorischen Antrieb und mit einen derartigen CVT-Getriebe.
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Aus dem US-Patent
US 6,860,826 B1 ist ein CVT-Getriebe mit zwei durch ein Umschlingungsmittel miteinander verbundenen Scheibensätzen bekannt, die jeweils eine Festscheibe und eine Wegscheibe umfassen, die in Richtung einer Drehachse axial bewegbar ist, und mit einem ersten und mit einem zweiten Nockenelement.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein CVT-Getriebe mit zwei durch ein Umschlingungsmittel miteinander verbundenen Scheibensätzen, die jeweils eine Festscheibe und eine Wegscheibe umfassen, die axial bewegbar ist, und mit mindestens einem Führungskörper, der in einer schräg zu einer Drehachse verlaufenden Führungsausnehmung geführt ist, um die Anpressung zwischen den Scheibensätzen und dem Umschlingungsmittel in Abhängigkeit von einem zu übertragenden Drehmoment zu variieren, insbesondere im Hinblick auf seine Funktionalität, zu verbessern.
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Die Aufgabe ist bei einem CVT-Getriebe mit zwei durch ein Umschlingungsmittel miteinander verbundenen Scheibensätzen, die jeweils eine Festscheibe und eine Wegscheibe umfassen, die axial bewegbar ist, und mit mindestens einem Führungskörper, der in einer schräg zu einer Drehachse verlaufenden Führungsausnehmung geführt ist, um die Anpressung zwischen den Scheibensätzen und dem Umschlingungsmittel in Abhängigkeit von einem zu übertragenden Drehmoment zu variieren, dadurch gelöst, dass die Führungsausnehmung für den Führungskörper einen ersten Führungsabschnitt, in welchem der Führungskörper in einem Vorwärtsfahrbetrieb geführt ist, und einen zweiten Führungsabschnitt umfasst, in welchem der Führungskörper in einem Rückwärtsfahrbetrieb geführt ist. Die Großbuchstaben CVT stehen für die englischen Begriffe Continuously Variable Transmission, was bedeutet, dass die Übersetzung des Getriebes stufenlos verstellbar ist. Eine axiale Richtung wird durch eine Drehachse der jeweiligen Welle definiert, die den Scheibensätzen zugeordnet ist. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zur Drehachse. Die Festscheibe ist vorteilhaft einstückig mit der jeweiligen Welle des Scheibensatzes verbunden. Der Führungskörper ist zum Beispiel als Führungsstift ausgeführt. Dann hat der Führungskörper vorteilhaft die Gestalt eines geraden Kreiszylinders. In der praktischen Anwendung sind vorteilhaft mehrere Führungsausnehmungen und Führungskörper in einer Umfangsrichtung vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeordnet. Durch die Erfindung wird ein rein mechanisch arbeitender Drehmomentfühler bereitgestellt, mit dem auf einfache Art und Weise ein Rückwärtsgang dargestellt werden kann. Ein relativ aufwendiger Umkehrmechanismus, wie er in herkömmlichen Getrieben zur Darstellung des Rückwärtsgangs verwendet wird, kann vorteilhaft entfallen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des CVT-Getriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsausnehmung in einer abtriebsseitigen Wegscheibe vorgesehen ist. Dann ist der Führungskörper vorteilhaft an einem abtriebsseitigen Drehmomentübertragungselement angebracht, das relativ zu der Wegscheibe begrenzt verdrehbar ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des CVT-Getriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Führungsabschnitt eine erste Führungsfläche für den Führungskörper aufweist, die in einem Winkel zu einer zweiten Führungsfläche für den Führungskörper in dem zweiten Führungsabschnitt angeordnet ist. Der Winkel zwischen den Führungsabschnitten beziehungsweise Führungsflächen ist vorteilhaft kleiner als einhundertachtzig Grad. Der Winkel beträgt zum Beispiel im Wesentlichen etwa neunzig Grad. Die Winkel zwischen einer in axialer Richtung verlaufenden Linie und den Abschnitten der Führungsausnehmung betragen zum Beispiel im Wesentlichen etwa fünfundvierzig Grad.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des CVT-Getriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsausnehmung in den Führungsabschnitten so schräg zur axialen Richtung ausgeführt ist, dass durch ein in die Wegscheibe eingeleitetes Drehmoment eine zusätzliche Axialkraft auf die Wegscheibe erzeugt wird. Dadurch wird auf einfache Art und Weise die Anpresskraft zwischen der Wegscheibe, die auch als Stellscheibe oder Losscheibe bezeichnet wird, und dem Umschlingungsmittel erhöht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des CVT-Getriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsausnehmung zwischen den beiden Führungsabschnitten einen Übergangsbereich aufweist, in welchem zwischen Vorwärtsfahrbetrieb und Rückwärtsfahrbetrieb umgeschaltet werden kann. Das Umschalten erfolgt vorteilhaft im Wesentlichen automatisch durch einen Wechsel der Antriebsdrehrichtung der Wegscheibe.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des CVT-Getriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskörper an einem abtriebsseitigen Drehmomentübertragungselement angebracht ist, das durch den Führungskörper mit der abtriebsseitigen Wegscheibe gekoppelt relativ zu der abtriebsseitigen Festscheibe drehbar ist. Das abtriebsseitige Drehmomentübertragungselement ist zum Beispiel als Hülse ausgeführt. Das abtriebsseitige Drehmomentübertagungselement ist vorteilhaft mit einem abtriebsseitigen Zahnrad verbunden. Die Verbindung zwischen dem abtriebsseitigen Drehmomentübertragungselement und dem abtriebsseitigen Zahnrad ist vorteilhaft einstückig ausgeführt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des CVT-Getriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass die abtriebsseitige Wegscheibe in axialer Richtung von dem abtriebsseitigen Drehmomentübertragungselement weg gegen die abtriebsseitige Festscheibe vorgespannt ist. Die Vorspannung wird zum Beispiel durch eine Federeinrichtung aufgebracht, die in axialer Richtung zwischen dem abtriebsseitigen Drehmomentübertragungselement und der abtriebsseitigen Wegscheibe eingespannt ist. Die Federeinrichtung ist besonders vorteilhaft in einem Hohlraum radial innerhalb der abtriebsseitigen Wegscheibe und des abtriebsseitigen Drehmomentübertragungselements angeordnet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des CVT-Getriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass die abtriebsseitige Wegscheibe in Umfangsrichtung so gegen die abtriebsseitige Festscheibe vorgespannt ist, dass der Führungskörper in den ersten Führungsabschnitt der Führungsausnehmung gedrückt wird. Dadurch wird auf einfache Art und Weise sichergestellt, dass sich das CVT-Getriebe normalerweise in einem Vorwärtsfahrbetriebszustand befindet.
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Die Erfindung oben angegebene Aufgabe ist alternativ oder zusätzlich durch eine Antriebseinheit mit einem elektromotorischen Antrieb und mit einem vorab beschriebenen CVT-Getriebe gelöst. Die Antriebseinheit wird vorteilhaft in Fahrzeugen, insbesondere rein elektrisch oder hybridisiert angetriebenen Kraftfahrzeugen verwendet.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Wegscheibe und/oder ein Drehmomentübertragungselement für ein vorab beschriebenes CVT-Getriebe. Die Wegscheibe und das Drehmomentübertragungselement sind separat handelbar.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen CVT-Getriebes.
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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:
- 1 ein kartesisches Koordinatendiagramm, in welchem der Verlauf einer Anpresskraft über einem Drehmoment aufgetragen ist;
- 2 eine schematische Darstellung eines CVT-Getriebes mit zwei durch ein Umschlingungsmittel miteinander verbundenen Scheibensätzen;
- 3 eine vergrößerte Darstellung eines Führungskörpers in einer Führungsausnehmung einer Wegscheibe des CVT-Getriebes aus 2;
- 4 die Führungsausnehmung mit dem Führungskörper aus 3 in einem Vorwärtsfahrbetrieb mit einem großen Übersetzungsverhältnis;
- 5 die Führungsausnehmung mit dem Führungskörper aus 3 in einem Rückwärtsfahrbetrieb;
- 6 eine perspektivische Darstellung der Wegscheibe mit einem abtriebsseitigen Drehmomentübertragungselement im Schnitt in einem Vorwärtsfahrbetrieb mit einem kleinen Übersetzungsverhältnis;
- 7 einen vergrößerten Ausschnitt aus 6 mit einer Federeinrichtung;
- 8 die Führungsausnehmung mit dem Führungskörper an einer ersten Führungsfläche eines ersten Führungsabschnitts der Führungsausnehmung;
- 9 eine perspektivische Schnittdarstellung zu 8;
- 10 eine perspektivische Schnittdarstellung des Führungskörpers in der Führungsausnehmung an einer zweiten Führungsfläche eines zweiten Führungsabschnitts in einem Rückwärtsfahrbetrieb;
- 11 eine ähnliche Darstellung wie in 10 in einem Vorwärtsfahrbetrieb;
- 12 eine ähnliche Darstellung wie in 8 in einem Rückwärtsfahrbetrieb; und
- 13 eine ähnliche Darstellung wie in 9 im Rückwärtsfahrbetrieb.
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In 1 ist ein kartesisches Koordinatendiagramm mit einer x-Achse 1 und einer y-Achse 2 dargestellt. Auf der y-Achse 2 ist die Anpresskraft einer abtriebsseitigen Wegscheibe in einer geeigneten Krafteinheit, zum Beispiel Kilo-Newton aufgetragen. Auf der x-Achse 1 ist ein Drehmoment, das auf die abtriebsseitige Wegscheibe aufgebracht wird, in einer geeigneten Einheit, zum Beispiel Newton-Meter, aufgetragen.
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Durch eine horizontale Linie 10 ist eine Federkraft angedeutet, die mit einer geeigneten Federeinrichtung auf die abtriebsseitige Wegscheibe aufgebracht wird und die eine konstante Anpresskraft erzeugt. Durch eine in 1 nach rechts linear ansteigende Linie 3 ist der Verlauf einer Anpresskraft in einem Vorwärtsfahrbetrieb angedeutet. Durch eine parallel dazu verlaufende gestrichelte Linie 4 ist eine benötigte Anpresskraft im Vorwärtsfahrbetrieb angedeutet.
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Durch eine 1 nach links ansteigende Linie 6 ist der Verlauf einer Anpresskraft in einem Rückwärtsfahrbetrieb angedeutet. Durch eine parallel dazu verlaufende gestrichelte Linie 7 ist ein Verlauf einer benötigten Anpresskraft im Rückwärtsfahrbetrieb angedeutet. Durch einen Doppelpfeil 5 ist der Vorwärtsfahrbetrieb veranschaulicht. Durch einen Doppelpfeil 8 ist der Rückwärtsfahrbetrieb veranschaulicht. Die Linien 3 und 6 veranschaulichen einen bidirektionalen Anpresskraftverlauf im Vorwärtsfahrbetrieb 5 und im Rückwärtsfahrbetrieb 8.
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Durch die Erfindung wird vorteilhaft sichergestellt, dass der Verlauf der Anpresskraft in Abhängigkeit vom aufgebrachten Drehmoment sowohl im Vorwärtsfahrbetrieb 5 als auch im Rückwärtsfahrbetrieb 8 immer größer als die benötigte Anpresskraft ist, um ein unerwünschtes Durchrutschen eines Umschlingungsmittels relativ zu den Scheibensätzen zu verhindern.
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In 2 ist ein CVT-Getriebe 20 mit einem antriebsseitigen Scheibensatz 21 und einem abtriebsseitigen Scheibensatz 22 schematisch dargestellt. Der antriebsseitige Scheibensatz 21 umfasst eine antriebsseitige Wegscheibe 23 und eine antriebsseitige Festscheibe 24. Der abtriebsseitige Scheibensatz 22 umfasst eine abtriebsseitige Wegscheibe 25 und eine abtriebsseitige Festscheibe 26.
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Die Wegscheiben 23, 25 und die Festscheiben 24, 26 sind als Kegelscheiben ausgeführt. Die antriebsseitige Festscheibe 24 ist einstückig mit einer antriebsseitigen Welle 27 verbunden. Die abtriebsseitige Festscheibe 26 ist einstückig mit einer abtriebsseitigen Welle 28 verbunden. Die beiden Scheibensätze 21, 22 sind zur Übertragung eines Drehmoments durch ein Umschlingungsmittel 29 miteinander verbunden.
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Der abtriebsseitigen Wegscheibe 25 ist ein abtriebsseitiges Drehmomentübertragungselement 30 zugeordnet. Das abtriebsseitige Drehmomentübertragungselement 30 ist als Hülse ausgeführt und relativ zu der abtriebsseitigen Wegscheibe 25 begrenzt bewegbar. Das abtriebsseitige Drehmomentübertragungselement 30 ist einstückig mit einem abtriebsseitigen Zahnrad 31 verbunden.
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An dem abtriebsseitigen Drehmomentübertragungselement 30 ist ein Führungskörper 32 angebracht. Der Führungskörper 32 ist als Führungsstift ausgeführt und ragt in eine Führungsausnehmung 33, die in der abtriebsseitigen Wegscheibe 25 vorgesehen ist. Die Führungsausnehmung 33 umfasst einen ersten Führungsabschnitt 41 und einen zweiten Führungsabschnitt 42.
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In der vergrößerten Darstellung der 3 sieht man, dass die Führungsausnehmung 33 zwischen den beiden Führungsabschnitten 41 und 42 einen Übergangsbereich 40 aufweist. Der erste Führungsabschnitt 41 erstreckt sich, ausgehend von dem Übergangsbereich 40, in 3 linear ansteigend nach rechts und nach oben. Der zweite Führungsabschnitt 42 erstreckt sich, ausgehend von dem Übergangsbereich 40, in 3 linear ansteigend nach links und nach oben.
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In dem ersten Führungsabschnitt 41 weist die Führungsausnehmung 33 eine erste Führungsfläche 43 auf, entlang welcher der Führungskörper 32 im Vorwärtsfahrbetrieb geführt wird. In dem zweiten Führungsabschnitt 42 weist die Führungsausnehmung 33 eine zweite Führungsfläche 44 auf, entlang welcher der Führungskörper 32 im Rückwärtsfahrbetrieb geführt wird.
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In 2 liegt die Wegscheibe 25 mit ihrer ersten Führungsfläche 43 der Führungsausnehmung 33 an dem Führungskörper 32 an. Das entspricht einem Vorwärtsfahrbetrieb eines mit dem CVT-Getriebe 20 ausgestatteten Kraftfahrzeugs in einem Fahrbereich mit einem eher geringen Übersetzungsverhältnis.
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In 3 ist der Führungskörper 32 in dem Übergangsbereich 40 zwischen den beiden Führungsabschnitten 41 und 42 der Führungsausnehmung 33 angeordnet. Das entspricht einem Fahrbereich mit einem geringen Übersetzungsverhältnis zwischen einem Vorwärtsfahrbetrieb D und einem Rückwärtsfahrbetrieb R.
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In 4 ist durch einen Pfeil 46 die Übertragung eines Drehmoments in einem Fahrbereich mit einem eher großen Übersetzungsverhältnis im Vorwärtsfahrbetrieb D angedeutet. Der Führungskörper 32 befindet sich in der Nähe vom Ende des ersten Führungsabschnitts 41 der Führungsausnehmung 33.
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Im Unterschied dazu ist in 5 durch einen Pfeil 47 die Übertragung eines Drehmoments in einem Fahrbereich mit einem eher geringen Übersetzungsverhältnis im Rückwärtsfahrbetrieb R angedeutet. Der Führungskörper 32 liegt im zweiten Führungsabschnitt 42 der Führungsausnehmung 33 an der zweiten Führungsfläche 44 an.
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In den 6 bis 13 ist in verschiedenen Ansichten dargestellt, wie das CVT-Getriebe 20 mit Hilfe von Federeinrichtungen 50 bis 53 betrieben, insbesondere umgeschaltet, werden kann. Die Federeinrichtung 50 ist in axialer Richtung zwischen dem abtriebsseitigen Drehmomentübertragungselement 30 und der abtriebsseitigen Wegscheibe 25 eingespannt.
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Die Federeinrichtungen 51 bis 53 sind in Umfangsrichtung zwischen dem abtriebsseitigen Drehmomentübertragungselement 30 und der abtriebsseitigen Wegscheibe 25 eingespannt. Durch die Vorspannkraft der Federeinrichtungen 50 bis 53 wird der Führungskörper 32 im normalen Betrieb in Anlage an der ersten Führungsfläche 43 des ersten Führungsabschnitts 41 der Führungsausnehmung 33 gehalten.
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In den 9 und 13 sieht man, dass die Wegscheibe 25 insgesamt fünf Führungsausnehmungen 33 umfasst, in denen jeweils ein Führungskörper 32 angeordnet ist. Die fünf Führungsausnehmungen sind in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet. Jedem Führungskörper 32 ist eine Federeinrichtung 51 bis 53, die in Umfangsrichtung wirkt, zugeordnet. Die in axialer Richtung wirkende Federeinrichtung 50 ist als Schraubendruckfeder ausgeführt.
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In den 7, 10 und 11 sieht man, dass die Federeinrichtung 52 eine Kugel 56 umfasst, die in Umfangsrichtung gegen einen entsprechenden Vorsprung der abtriebsseitigen Wegscheibe 25 vorgesehen ist. Der Kugel 56 ist eine Kugelfeder 57 zugeordnet. Die Kugelfeder 57 ist mit einer Vorspannfeder 58 kombiniert. Die Federeinrichtung 52 umfasst zur Aufnahme der Vorspannfeder 58 und der Kugelfeder 57 eine mehrteilige Hülse 59. Ein der Kugel 56 abgewandtes Ende der mehrteiligen Hülse 59 ist in Umfangsrichtung an dem abtriebsseitigen Drehmomentübertragungselement 30 abgestützt.
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In den 6 bis 9 ist dargestellt, wie die Federeinrichtung 52 dafür sorgt, dass die abtriebsseitige Wegscheibe 25 in einem Vorwärtsfahrbetrieb mit einem geringen Übersetzungsverhältnis mit der ersten Führungsfläche 43 gegen den Führungskörper 32 gedrückt wird.
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In 10 ist durch einen Pfeil 63 angedeutet, dass ein im Rückwärtsfahrbetrieb aufgebrachtes Drehmoment die abtriebsseitige Wegscheibe 25 mit der zweiten Führungsfläche 44 gegen den Führungskörper 32 drückt. Die Federeinrichtung 52 wird dabei komprimiert.
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In 11 ist ein Zustand zwischen Vorwärtsfahrbetrieb D und Rückwärtsfahrbetrieb R angedeutet. In 11 ist die Feder 52 teilweise entspannt.
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In 12 sieht man die Führungsausnehmung 33 mit dem Führungskörper 32 im Rückwärtsfahrbetrieb, der in 10 angedeutet ist. 13 zeigt eine weitere perspektivische Schnittdarstellung im Rückwärtsfahrbetrieb.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- x-Achse
- 2
- y-Achse
- 3
- durchgezogene Linie
- 4
- gestrichelte Linie
- 5
- Doppelpfeil
- 6
- durchgezogene Linie
- 7
- gestrichelte Linie
- 8
- Doppelpfeil
- 10
- horizontale Linie
- 20
- CVT-Getriebe
- 21
- antriebsseitiger Scheibensatz
- 22
- abtriebsseitiger Scheibensatz
- 23
- antriebsseitige Wegscheibe
- 24
- Festscheibe
- 25
- abtriebsseitige Wegscheibe
- 26
- Festscheibe
- 27
- Welle
- 28
- Welle
- 29
- Umschlingungsmittel
- 30
- abtriebsseitiges Drehmomentübertragungselement
- 31
- Zahnrad
- 32
- Führungskörper
- 33
- Führungsausnehmung
- 40
- Übergangsbereich
- 41
- erster Führungsabschnitt
- 42
- zweiter Führungsabschnitt
- 43
- erste Führungsfläche
- 44
- zweite Führungsfläche
- 46
- Pfeil
- 47
- Pfeil
- 50
- Federeinrichtung
- 51
- Federeinrichtung
- 52
- Federeinrichtung
- 53
- Federeinrichtung
- 56
- Kugel
- 57
- Kugelfeder
- 58
- Vorspannfeder
- 50
- mehrteilige Hülse
- 63
- Pfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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