-
Die Erfindung betrifft eine Aktoranordnung, mit deren Hilfe ein Übersetzungsverhältnis eines Stufenlosgetriebes eines Kraftfahrzeugs geändert werden kann.
-
Aus
DE 102 94 154 B4 ist ein Stufenlosgetriebe bekannt, bei dem ein axialer Abstand von Kegelscheiben eines Kegelscheibensatzes mit Hilfe einer Aktoranordnung verändert werden kann. Bei der Aktoranordnung kann ein Servomotor über Zahnradpaarungen einer Zwischenwelle ein drehbar an einer axial verlagerbaren Kegelscheibe gelagertes Stellelement verdrehen, das über einen Kugelgewindemechanismus an einem axial feststehenden Lager abgestützt ist, so dass die Kegelscheibe zusammen mit dem Stellelement bei einer Drehung des Stellelements axial verschoben werden kann, um den axialen Abstand zu einer Gegenscheibe zu ändern, wodurch ein zwischen der Kegelscheibe und der Gegenscheibe verpresster Riemen zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses auf einen anderen Wirkradius verlagert werden kann.
-
Es besteht ein ständiges Bedürfnis das Übersetzungsverhältnis eines Stufenlosgetriebes energieeffizient ändern zu können.
-
Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die ein energieeffizientes Ändern des Übersetzungsverhältnisses eines Stufenlosgetriebes ermöglichen.
-
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Aktoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
-
Erfindungsgemäß ist eine Aktoranordnung zur Änderung eines Übersetzungsverhältnisses eines Stufenlosgetriebes eines Kraftfahrzeugs vorgesehen mit einer Welle zum Einleiten und/oder Ausleiten eines Drehmoments, einer drehfest aber axial verlagerbar auf der Welle aufgenommenen Kegelscheibe zur Drehmomentübertragung an einem zwischen der Kegelscheibe und einer Gegenscheibe verpressten Umschlingungsmittel, einem an der Kegelscheibe angreifenden Stellelement zum axialen Verlagern der Kegelscheibe relativ zur Welle in Reaktion auf eine Relativdrehung des Stellelements relativ zur Kegelscheibe und einer ein erstes Planetengetriebe und ein zweites Planetengetriebe aufweisenden Getriebeeinrichtung zur Übersetzung eines von einem Stellmotor aufgebrachten Drehmoments an das Stellelement, wobei ein erstes Sonnenrad des ersten Planetengetriebes über einen axial abstehenden Schaft unbeweglich arretiert ist und der Schaft durch ein drehbares zweites Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes axial hindurchgeführt ist.
-
Die insbesondere als Summiergetriebe ausgestaltete Getriebeeinrichtung kann mit dem Stellmotor und mit dem Stellelement gekoppelt sein. Vorzugsweise ist die Getriebeeinrichtung auch mit der Welle gekoppelt, so dass es möglich ist einen Teil der über die Welle laufenden Leistung zur Betätigung des Stellelements und/oder zum Festhalten des Stellelements in einer gewünschten Stellung abzweigen zu können. Um für die Getriebeeinrichtung ein geeignetes Übersetzungsverhältnis einzustellen, kann das erste Sonnenrad unbeweglich festgehalten werden. Hierzu kann der von dem ersten Sonnenrad axial abstehende Schaft arretiert werden. Das zweite Sonnenrad kann hierzu hohl ausgeführt sein, so dass der Schaft durch das zweite Sonnenrad hindurchgeführt werden kann. Das erste Planetengetriebe kann dadurch von der Befestigungsstelle des Schafts axial beabstandet werden ohne hierbei an einem Bauteil des zweiten Planetengetriebes anzuschlagen. Das zweite Planetengetriebe kann in axialer Richtung zwischen dem ersten Planetengetriebe und der Befestigungsstelle des Schafts, wo der Schaft drehfest arretiert ist, angeordnet sein. Dadurch ist es möglich das erste Planetengetriebe im Vergleich zum zweiten Planetengetriebe weiter im Inneren der Aktoranordnung zu positionieren, obwohl ein geeignetes unbeweglich feststehendes Bauteil, das zur Arretierung des Schafts und des mit dem Schaft drehfest verbundenen ersten Sonnenrads zu dem ersten Planetengetriebe deutlich beabstandet am äußeren Rand der Aktoranordnung positioniert ist. Durch den durch das zweite Sonnenrad hindurchgeführten Schaft des ersten Sonnenrads kann durch eine konstruktiv einfach umzusetzende Maßnahme leicht eine geeignete Übersetzung zur Betätigung des Stellelements vorgesehen werden, so dass ein energieeffizientes Ändern des Übersetzungsverhältnisses eines Stufenlosgetriebes ermöglicht ist.
-
Das insbesondere als Kegelscheibenumschlingungsgetriebe ausgestaltete Stufenlosgetriebe, auch als CVT-Getriebe („CVT“ = continuously variable transmission) bezeichnet, kann durch eine Veränderung des axialen Abstands einer eingangsseitigen Kegelscheibe zur korrespondierend ausgestalteten eingangsseitigen Gegenscheibe und eine korrespondierende Veränderung des axialen Abstands einer ausgangsseitigen Kegelscheibe zur korrespondierend ausgestalteten ausgangsseitigen Gegenscheibe das Übersetzungsverhältnis und damit das übertragene Drehmoment und die übertragene Drehzahl stufenlos ändern. Das minimale und das maximale Übersetzungsverhältnis des Stufenlosgetriebes sind durch den minimalen und den maximalen wirksamen Durchmesser des eingangsseitigen und ausgangsseitigen Kegelscheibensatzes an dem Umschlingungsmittel definiert. Die Welle des eingangsseitigen Kegelscheibensatzes kann mit einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors gekoppelt sein oder die Antriebswelle ausbilden. Die Welle des ausgangsseitigen Kegelscheibensatzes kann mit einer Abtriebswelle zum Antrieb eines Antriebsrads eines Kraftfahrzeugs gekoppelt sein oder die Abtriebswelle ausbilden.
-
Insbesondere ist das zweite Sonnenrad an dem Schaft drehbar gelagert. Das zweite Sonnenrad kann hohl ausgestaltet sein und eine koaxiale Durchgangsöffnung zur Durchfuhr des Schafts aufweisen. Durch die Durchgangsöffnung kann das Massenträgheitsmoment des zweiten Sonnenrads reduziert sein, so dass ein besonders schnelles Ansprechverhalten der Aktoranordnung beim Einleiten eines vom Stellmotor aufgebrachten Drehmoments gegeben ist. Die nach radial innen weisende Mantelfläche der Durchgangsöffnung des zweiten Sonnenrads kann zur Lagerung des drehbaren zweiten Sonnenrads an dem feststehenden Schaft des ersten Sonnenrads genutzt werden. Beispielsweise ist zwischen dem zweiten Sonnenrad und dem Schaft ein Lager, insbesondere ein Wälzlager, vorgesehen. Es ist auch möglich zwischen dem zweiten Sonnenrad und dem Schaft eine Gleitlager vorzusehen, wobei insbesondere die aufeinander abgleitenden Gleitflächen des Gleitlagers einstückig mit dem Schaft beziehungsweise mit dem zweiten Sonnenrad ausgeführt sein können.
-
Vorzugsweise ist ein unbeweglich festsehendes Gehäuse zur Abdeckung zumindest eines Teils der Getriebeeinrichtung vorgesehen, wobei der Schaft drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist. Durch den durch das zweite Sonnenrad hindurchgeführten Schaft kann der Schaft leicht bis zum Gehäuse von dem ersten Sonnenrad abstehen und mit dem Gehäuse zeitweilig, beispielsweise mit Hilfe einer schaltbaren Bremse, oder permanent arretiert sein.
-
Besonders bevorzugt ist der Schaft als Hohlwelle ausgestaltet, wobei die Welle koaxial zum Schaft angeordnet ist. Das erste Sonnenrad und der Schaft können dadurch hohl ausgestaltet sein, wodurch das zugehörige Massenträgheitsmoment reduziert ist und ein besonders schnelles Ansprechverhalten der Aktoranordnung beim Einleiten eines vom Stellmotor aufgebrachten Drehmoments gegeben ist. Gleichzeitig sind für die Welle durch das Vorsehen des Schafts keine signifikanten Beeinträchtigungen zu erwarten, so dass die Betriebsweise des Stufenlosgetriebes nicht gestört ist.
-
Insbesondere ist die Welle durch den Schaft und insbesondere durch ein unbeweglich festsehendes Gehäuse axial hindurchgeführt. Dadurch ist eine Lagerung der Welle nicht durch den Schaft beeinträchtigt. Beispielsweise kann die Welle leicht an demjenigen Bauteil gelagert werden, mit dem der Schaft zum Festhalten des ersten Sonnenrads befestigt ist. Wenn die Welle aus dem Gehäuse herausragt, kann an diesem Wellenende leicht ein von dem Stufenlosgetriebe zu wandelndes Drehmoment eingeleitet oder ein von dem Stufenlosgetriebe gewandeltes Drehmoment ausgeleitet werden. Das Feststellen des ersten Sonnenrads mit Hilfe des abstehenden Schafts führt dadurch nicht zu einer Beeinträchtigung der Drehmomentwandlung des Stufenlosgetriebes.
-
Vorzugsweise ist die Welle an dem Schaft, insbesondere über mindestens zwei Lager, gelagert. Der als Hohlwelle ausgestaltete Schaft bietet über eine signifikante axiale Erstreckung hinweg Möglichkeiten die Welle zu lagern. Dadurch ist es nicht zwingend erforderlich die Welle ausschließlich an einem Gehäuse der Aktoranordnung zu lagern. Insbesondere ist es möglich die Welle zusätzlich oder alternativ in axialer Richtung zu dem Gehäuse beabstandet zu lagern. Mit Hilfe des Schafts ist eine Lagerung der Welle in axialer Richtung zwischen dem Gehäuse und dem Stellelement möglich. Ein großer axialer Abstand von für die Lagerung der Welle vorgesehenen Lagern ist dadurch vermieden, so dass eine Durchbiegung der Welle unter Last vermieden oder zumindest reduziert werden kann. Dies ermöglicht es die Welle und damit auch das Stufenlosgetriebe auch bei höheren Drehzahlen zu betreiben ohne für den Betrieb bei der höheren Drehzahl unzulässig hohe dynamische Lasten durch Unwuchten zu riskieren, die durch eine Durchbiegung der Welle unter Fliehkrafteinfluss verursacht sein könnten.
-
Besonders bevorzugt ist der Schaft durch eine Pressverbindung und/oder eine Schweißverbindung und/oder eine Schraubverbindung, insbesondere Nutmutter-Verbindung oder Wellenmutter-Verbindung, und/oder einer in Umfangsrichtung formschlüssigen Verbindung mit einem unbeweglich festsehenden Bauteil drehfest befestigt. Eine Arretierung des Schafts und des mit dem Schaft verbundenen ersten Sonnenrads kann dadurch einfach und kostengünstig erfolgen.
-
Insbesondere ist an dem zweiten Sonnenrad der Stellmotor angekoppelt. Da das zweite Planetengetriebe am äußeren Rand der Aktoranordnung positioniert werden kann, kann der Stellmotor leicht mit dem zweiten Sonnenrad gekoppelt werden. Vorzugsweise ist zwischen dem zweiten Sonnenrad und dem Stellmotor eine Zahnradstufe vorgesehen, die eine weitere Übersetzung ermöglicht.
-
Vorzugsweise ist ein erstes Hohlrad des ersten Planetengetriebes mit der Welle und ein zweites Hohlrad des zweiten Planetengetriebes mit dem Stellelement gekoppelt, wobei ein erster Planetenträger des ersten Planetengetriebes mit einem zweiten Planetenträger des zweiten Planetengetriebes verbunden ist. Durch diese Anbindung der Welle und des Stellelements an die Getriebeeinrichtung sowie die Koppelung des ersten Planetengetriebes mit dem zweiten Planetengetriebe über ihre Planetenträger wird eine geeignete Übersetzung der Getriebeeinrichtung erreicht.
-
Die Erfindung betrifft ferner ein Stufenlosgetriebe zur im Wesentlichen kontinuierlichen Variation eines Übersetzungsverhältnisses in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Eingangskegelscheibensatz zum Einleiten eines Drehmoments, einem Ausgangskegelscheibensatz zum Ausleiten des Drehmoments, einem den Eingangskegelscheibensatz mit dem Ausgangskegelscheibensatz koppelnden Umschlingungsmittel, insbesondere Keilriemen, und einer am Eingangskegelscheibensatz und/oder am Ausgangskegelscheibensatz angreifenden Aktoranordnung, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses. Durch den durch das zweite Sonnenrad hindurchgeführten Schaft des ersten Sonnenrads kann durch eine konstruktiv einfach umzusetzende Maßnahme leicht eine geeignete Übersetzung zur Betätigung des Stellelements vorgesehen werden, so dass ein energieeffizientes Ändern des Übersetzungsverhältnisses eines Stufenlosgetriebes ermöglicht ist.
-
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
- 1: eine schematisches Prinzipschaltbild einer Aktoranordnung für ein Stufenlosgetriebe,
- 2: eine schematische Schnittansicht der Aktoranordnung aus 1 und
- 3: Geschwindigkeitsdiagramme von Planetengetrieben der Aktoranordnung aus 1.
-
Die in 1 dargestellte Aktoranordnung 10 für ein Stufenlosgetriebe eines Antriebstrangs eines Kraftfahrzeugs weist eine um eine Drehachse 12 drehbare Welle 14 auf, mit der eine axial verlagerbare Kegelscheibe 16 über eine Verzahnung drehfest verbunden ist. Um das Übersetzungsverhältnis des Stufenlosgetriebes zu verändern, kann die Kegelscheibe 16 mit Hilfe einer Kugelumlaufspindel 18 relativ zu der Welle 14 verlagert werden, um ein an der Kegelscheibe 16 angreifendes Umschlingungsmittel auf einen anderen Wirkradius zu verlagern. Die Kugelumlaufspindel 18 kann mit Hilfe eines drehbaren Stellelements 20 betätigt werden. Hierzu kann ein Stellmotor 22 ein Stellmoment in eine Getriebeeinrichtung 24 einleiten, das mit einer geeigneten Übersetzung das über ein Axiallager 26 an der Getriebeeinrichtung 24 abgestützte Stellelement 20 verdrehen kann.
-
Die als Summiergetriebe ausgestaltete Getriebeeinrichtung 24 weist ein erstes Planetengetriebe 28 und ein zweites Planetengetriebe 30 auf. Das erste Planetengetriebe 28 weist ein feststehendes erstes Sonnenrad 32 auf, das über von einem ersten Planetenträger 34 gelagerte erste Planetenräder 36 mit einem ersten Hohlrad 38 gekoppelt ist. Das erste Hohlrad 38 ist mit der Welle 14 drehfest verbunden. Das zweite Planetengetriebe 30 weist ein drehbares zweites Sonnenrad 40 auf, das über von einem zweiten Planetenträger 42 gelagerte zweite Planetenräder 44 mit einem zweiten Hohlrad 46 gekoppelt ist. Das zweite Sonnenrad 40 ist über ein eine Zahnradstufe ausbildendes Ritzel 48 mit dem Stellmotor 22 gekoppelt. Das zweite Hohlrad 46 ist drehfest mit dem Stellelement 20 verbunden. Die Koppelung des ersten Planetengetriebes 28 mit dem zweiten Planetengetriebe 30 erfolgt über eine drehfeste Verbindung des ersten Planetenträgers 34 mit dem zweiten Planetenträger 42.
-
Von dem ersten Sonnenrad 32 steht in axialer Richtung ein Schaft 50 ab, der durch das koaxial angeordnete hohl ausgestaltete zweite Sonnenrad 40 hindurchgeführt ist und drehfest mit einem feststehenden Gehäuse 52 der Aktoranordnung 10 befestigt ist. Wie in 2 dargestellt, kann das zweite Sonnenrad 40 beispielsweise über ein Wälzlager 54 an dem feststehenden Schaft 50 des ersten Sonnenrads 32 gelagert sein. Zusätzlich ist der Schaft 50 als Hohlwelle ausgestaltet, so dass die Welle 14 durch den Schaft 50 hindurch aus dem Gehäuse 52 herausgeführt werden kann. Hierbei kann die Welle 14 in einem Axialbereich der Wellendurchführung durch das Gehäuse 52 und/oder hiervon zur Kegelscheibe 16 hin beabstandet über Lager 56 an dem Schaft 50 gelagert sein.
-
Die 3 zeigt Geschwindigkeitsdiagramme der beiden Planetengetriebe 28, 30 der Getriebeeinrichtung 24 für den Fall I, bei dem keine Veränderung des Übersetzungsverhältnisses des Stufenlosgetriebes erfolgt (oberstes Diagramm) und für den Fall II, bei dem ein Hochschalten (Fall IIa, mittlers Diagramm) und ein Herunterschalten (Fall IIa, unteres Diagramm) erfolgt. Dabei ist von links nach rechts die Geschwindigkeit des (fixierten) ersten Sonnenrades 32 (linker Strich), des ersten Planetenträgers 34 (zweiter Strich von links), des ersten Hohlrades 70 (dritter Strich von links), des zweiten Sonnenrades 40 (vierter Strich von links), des zweiten Planetenträgers 42 (fünfter Strich von links) und des zweiten Hohlrades 46 (rechter Strich) gezeigt. Dabei sind die beiden Planetenträger 34, 42 miteinander verbunden, was durch die waagerechte Verbindungslinie angedeutet ist.
-
Im Fall I haben beide Planetengetriebe 28, 30 das gleiche Geschwindigkeitsverhältnis V1 : V2 für alle ihre einander entsprechende Komponenten. Bei einem Heraufschalten (up-shifting) entsprechend des Fall IIa wird die Geschwindigkeit des Stellmotors 22 nun derart eingestellt, dass die Geschwindigkeit des zweiten Sonnenrades 40 gedrosselt wird (Pfeil nach unten). Dadurch wird die Geschwindigkeit des zweiten Hohlrades 46 nun höher als des ersten Hohlrades 46, so dass die Geschwindigkeit V2 des Stellelements 20 höher ist als die Geschwindigkeit V1 (entspricht Übertrag V3 ) der Antriebswelle 14.
-
Bei einem Herabschalten (down-shifting) entsprechend des Fall Ilb wird die Geschwindigkeit des Stellmotors 22 nun derart eingestellt, dass die Geschwindigkeit des zweiten Sonnenrades 40 erhöht wird (Pfeil nach oben). Dadurch wird die Geschwindigkeit des zweiten Hohlrades 46 nun niedriger als des ersten Hohlrades 46, so dass die Geschwindigkeit V2 des Stellelements 20 niedriger ist als die Geschwindigkeit V1 der Antriebswelle 14.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Aktoranordnung
- 12
- Drehachse
- 14
- Welle
- 16
- Kegelscheibe
- 18
- Kugelumlaufspindel
- 20
- Stellelement
- 22
- Stellmotor
- 24
- Getriebeeinrichtung
- 26
- Axiallager
- 28
- erstes Planetengetriebe
- 30
- zweites Planetengetriebe
- 32
- erstes Sonnenrad
- 34
- erster Planetenträger
- 36
- erstes Planetenrad
- 38
- erstes Hohlrad
- 40
- zweites Sonnenrad
- 42
- zweiter Planetenträger
- 44
- zweites Planetenrad
- 46
- zweites Hohlrad
- 48
- Ritzel
- 50
- Schaft
- 52
- Gehäuse
- 54
- Wälzlager
- 56
- Lager
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
