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Die Erfindung betrifft ein stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe für ein Fahrzeug sowie ein Planetenrad für eine solche Getriebevorrichtung.
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Aus der
DE 10 2013 223 243 A1 geht eine leistungsverzweigte stufenlose Getriebevorrichtung mit einem Summierplanetengetriebe hervor, mit wenigstens einem weiteren Planetenradsatz und mit einem Variator, die im Bereich von Wellen miteinander in Wirkverbindung stehen und zur Darstellung von wenigstens drei Übersetzungsbereichen im Bereich weiterer Wellen über Schaltelemente miteinander koppelbar sind. Eine Übersetzung innerhalb der Übersetzungsbereiche ist über den Variator stufenlos variierbar, wobei der Variator als mechanischer Reibradvariator mit wenigstens drei Wellen ausgebildet ist. Das Summierplanetengetriebe, der wenigstens eine weitere Planetenradsatz und der Variator sind koaxial zueinander angeordnet. In einem der Übersetzungsbereiche ist die gesamte Leistung zwischen einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle über den Variator führbar und ein Reibrad des Variators ist zumindest bereichsweise wenigstens annähernd kegelförmig ausgeführt.
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Ferner offenbaren
US 4 158 317 A und
US 1 616 311 A ein stufenlos verstellbares Getriebe für ein Fahrzeug. Das Getriebe umfasst einen Variator mit einem geteilten Sonnenrad, einem geteilten Hohlrad und einem Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern, die zumindest mittelbar an einem Planetenträger drehbar gelagert sind. Die Planetenräder stehen in einer kraftschlüssigen Wirkverbindung mit einem ersten und zweiten Teil des Sonnenrades sowie mit einem ersten und zweiten Teil des Hohlrades, wobei die beiden Teile des Sonnenrades, die beiden Teile des Hohlrades und die Planetenräder aus einem Blech ausgebildet sind. Ferner sind die Planetenräder jeweils als Doppelrotationskörper mit einem ersten und zweiten Stumpf ausgebildet.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein alternatives stufenlos verstellbares Getriebe zu schaffen. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Eine erfindungsgemäße stufenlos verstellbare Getriebevorrichtung für ein Fahrzeug umfasst einen Variator mit einem geteilten Sonnenrad, einem geteilten Hohlrad sowie einem Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern, die zumindest mittelbar an einem Planetenträger drehbar gelagert sind und in einer kraftschlüssigen Wirkverbindung mit einem ersten und zweiten Teil des Sonnenrades und einem ersten und zweiten Teil des Hohlrades stehen, wobei die beiden Teile des Sonnenrades, die beiden Teile des Hohlrades und/oder die Planetenräder wenigstens im Bereich der kraftschlüssigen Wirkverbindung aus einem Blech ausgebildet sind.
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Die Getriebevorrichtung umfasst ferner eine zum Antrieb ausgebildete Antriebswelle, die dazu ausgebildet ist, mit einer Antriebsmaschine wirkverbunden zu sein, eine zum Abtrieb ausgebildete Abtriebswelle sowie einen Variator. Das geteilte Sonnenrad, das geteilte Hohlrad sowie die Planetenräder des Planetenradsatzes sind Reibkörper bzw. Reibräder, wobei die Planetenräder sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit dem Hohlrad in Reibverbindung stehen.
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Ein Blech ist ein durch Walzen hergestelltes, flaches, im Ausgangszustand meist eben ausgebildetes Werkstück mit einer Unter- und einer Oberseite und entsprechend seiner geometrischen Form mit einer entsprechenden Anzahl Stirnseiten. Das Blech kann zur Ausbildung des jeweiligen Bauteils derart umgeformt bzw. gekantet werden, dass eine bestimmte Form ausgebildet wird, wie beispielsweise eine Tassen- bzw. Becherform. Insbesondere ist das Blech derart ausgeformt, dass es sich im Bereich der kraftschlüssigen Wirkverbindung mit dessen Reibpartner an einer Reibfläche des Reibpartners anschmiegt.
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Das Blech der beiden Teile des geteilten Hohlrades, der beiden Teile des geteilten Sonnenrades und/oder der Planetenräder ist insbesondere dünnwandig und somit elastisch verformbar bzw. nachgiebig ausgebildet, wobei unter einem Bauteil, das wenigstens im Bereich der kraftschlüssigen Wirkverbindung aus einem Blech ausgebildet ist, zu verstehen ist, dass das jeweilige Bauteil entweder komplett aus einem Blech ausgebildet bzw. ausgeformt ist, oder lediglich im Bereich des Reibkontaktes mit dem Reibpartner ein Blech aufweist. Letzteres kann insbesondere dann der Fall sein, wenn das jeweilige Blech insbesondere form- und/oder stoffschlüssig mit einem weiteren im Vergleich massiveren Bauteil verbunden oder gekoppelt ist.
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Es ist insbesondere denkbar, dass nur die Planetenräder wenigstens im Kontaktbereich mit dem jeweiligen Teil des Hohlrades und dem jeweiligen Teil des Sonnenrades aus einem Blech ausgebildet sind. In diesem Zusammenhang ist möglich, dass das gesamte jeweilige Planetenrad aus einem Blech ausgeformt ist, dass das Planetenrad aus mehreren miteinander verbundenen Blechen besteht, oder dass das Planetenrad lediglich an den Reibflächen bzw. im kraftschlüssigen Wirkbereich mit dem Sonnen- bzw. Hohlrad aus einem Blech und im Übrigen vergleichsweise massiv ausgebildet ist.
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Ferner ist denkbar, dass nur die beiden Teile des Sonnenrades wenigstens im Kontaktbereich mit dem jeweiligen Planetenrad aus einem Blech ausgebildet sind. Des Weiteren ist denkbar, dass nur die beiden Teile des Hohlrades wenigstens im Kontaktbereich mit dem jeweiligen Planetenrad aus einem Blech ausgebildet sind. Außerdem ist möglich, sowohl die beiden Teile des Hohlrades als auch die beiden Teile des Sonnenrades wenigstens im Kontaktbereich mit dem jeweiligen Planetenrad aus einem Blech auszubilden. Analog zum Planetenrad kann eine vollständige Ausbildung des Hohlrades und/oder des Sonnenrades aus einem Blech vorgesehen sein. In jedem Fall ist das Hohlrad und/oder das Sonnenrad jedoch im Bereich der Reibflächen bzw. im kraftschlüssigen Wirkbereich mit dem Planetenrädern aus einem Blech ausgebildet.
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In Folge einer wirkenden Normalkraft werden die Planetenräder an die Teile des Hohlrades sowie an die Teile des Sonnenrades gepresst, wodurch ein Reibschluss in Umfangsrichtung entsteht. Die Reibung der Reibpartner ist höher, je größer die Normalkraft ist, mit der die Reibpartner aneinandergepresst werden. Dieses Aneinanderpressen bewirkt eine sogenannte Abplattung im Kontaktbereich. Die Größe der Berührungsfläche bzw. der Fläche der Abplattung ist abhängig von der Nachgiebigkeit bzw. der Elastizität der jeweiligen Kontakt- bzw. Reibpartner. Unter dem Begriff „Elastizität“ ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass ein Werkstoff bei einer Belastung reversibel auf die daran einwirkende Kraft reagiert. Die Elastizität ist somit die Eigenschaft eines Werkstoffs, seine Form unter einer gewissen, begrenzten Krafteinwirkung zu verändern. Im Idealfall kehrt der Werkstoff nach Beendigung dieser Krafteinwirkung wieder in seine ursprüngliche Form zurück. Bei unterschiedlicher Ausbildung der aneinander angepressten Körper, beispielsweise wenn ein Körper massiver ausgebildet ist als der andere, oder wenn ein Bauteil aus einem massiven Körper besteht und das damit in Kontakt befindliche Bauteil aus einem dünnwandigen Körper bzw. aus einem Blech ausgebildet ist, kommt es zu einer unterschiedlichen elastischen Verformung der beiden Körper im Kontaktbereich, wobei sich die beiden Körper während der Belastung in Abhängigkeit ihrer jeweiligen Elastizität aneinander anschmiegen. Mit anderen Worten wird die Kontaktfläche zwischen zwei Bauteilen insbesondere dann vergrößert, wenn eines der aneinander angepressten Bauteile aus einem dünnwandigen, nachgiebigen Blech, das heißt mit einer relativ hohen Nachgiebigkeit ausgebildet ist, während dessen Reib- bzw. Kontaktpartner massiver, das heißt mit einer relativ geringen Nachgiebigkeit ausgebildet ist. Die Nachgiebigkeit des jeweiligen Bauteils wird folglich unter anderem durch dessen Dünnwandigkeit bewirkt.
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Dadurch, dass das Blech des jeweiligen Bauteils, also des Planetenrades, des ersten und zweiten Teils des geteilten Sonnenrades und/oder des ersten und zweiten Teils des geteilten Hohlrades elastisch verformbar bzw. dünnwandig ausgebildet ist, wird eine Berührungsfläche der Kontaktpartner erhöht, wodurch größere Normalkräfte übertragen und folglich höhere Momente im Variator aufgenommen bzw. weitergeleitet werden können. Ferner wird die Getriebevorrichtung leichter und kostengünstiger ausgestaltet. Darüber hinaus können Vereinfachungen im Lagerungskonzept, insbesondere der Planetenräder realisiert werden.
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Unter einem geteilten Sonnenrad ist zu verstehen, dass das Sonnenrad aus wenigstens zwei Teilen besteht, die jeweils mit dem jeweiligen Planetenrad in kraftschlüssiger Wirkverbindung stehen. Dabei ist das geteilte Sonnenrad bevorzugt derart ausgestaltet, dass die beiden separaten Teile des geteilten Sonnenrades in axialer Richtung aufeinander zu bzw. voneinander wegbewegbar sind, wobei die beiden Teile drehfest zueinander sind. Mithin sind die beiden Teile des geteilten Sonnenrades gegenläufig zueinander axial verlagerbar.
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Unter einem geteilten Hohlrad ist zu verstehen, dass das Hohlrad aus wenigstens zwei Teilen besteht, die jeweils mit dem jeweiligen Planetenrad in kraftschlüssiger Wirkverbindung stehen. Dabei ist das geteilte Hohlrad bevorzugt derart ausgestaltet, dass die beiden separaten Teile des geteilten Hohlrades in axialer Richtung aufeinander zu bzw. voneinander wegbewegbar sind, wobei die beiden Teile drehfest zueinander sind. Mithin sind die beiden Teile des geteilten Hohlrades gegenläufig zueinander axial verlagerbar.
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In Folge der axialen Beweglichkeit der Teile des Hohlrades und/oder der Teile des Sonnenrades zueinander wird eine stufenlose Einstellbarkeit eines Übersetzungsverhältnisses zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle durch den Variator des Getriebes erreicht. Mithin wird die Übersetzung des Variators variiert, indem die beiden Teile des geteilten Hohlrades in axialer Richtung aufeinander zu bzw. voneinander wegbewegt werden oder indem die beiden Teile des geteilten Sonnenrades in axialer Richtung aufeinander zu bzw. voneinander wegbewegt werden.
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Die Planetenräder des Planetensatzes sind in Bezug auf das Hohlrad und das Sonnenrad in radialer Richtung gegenüber dem Planetenträger, an dem die Planetenräder drehbar gelagert sind, verschiebbar angeordnet.
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Vorzugsweise ist eine jeweilige Reibfläche der Planetenräder zumindest abschnittsweise kegelförmig ausgebildet. Mit anderen Worten ist das jeweilige Planetenrad zumindest im Bereich des jeweiligen Reibkontakts mit dem jeweiligen Teil des Hohlrades und dem jeweiligen Teil des Sonnenrades, und somit zumindest abschnittsweise als Kegel oder Kegelstumpf ausgebildet. Die Reibfläche ist somit rampenförmig ausgebildet und nimmt konstant zu bzw. ab. Alternativ ist eine jeweilige Reibfläche der Planetenräder zumindest abschnittsweise gekrümmt ausgebildet. Unter einer gekrümmten Reibfläche ist beispielsweise eine Reibfläche in Form einer Exponentialfunktion zu verstehen. Ferner ist denkbar, dass das Reibrad zumindest bereichsweise mit einer konvexen und/oder einer konkaven Außenhülle eines geraden Kreiskegels, eines elliptischen Paraboloids und/oder eines ein- oder zweischaligen Hyperboloids ausgeführt ist. Mithin ist das jeweilige Planetenrad zumindest im Bereich des jeweiligen Reibkontakts mit dem jeweiligen Teil des Hohlrades und dem jeweiligen Teil des Sonnenrades, und somit zumindest abschnittsweise als Rotationskörper ausgebildet.
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Erfindungsgemäß sind die Planetenräder jeweils als Doppelrotationskörper mit einem aus einem Blech ausgebildeten ersten und zweiten Stumpf ausgebildet. Im Fall zumindest abschnittsweise kegelförmiger Reibflächen ist der jeweilige Doppelrotationskörper des Planetenrades folglich als Doppelkegelstumpf ausgebildet. Analog weisen die mit den Planetenrädern in Reibkontakt stehenden Teile des Hohlrades und des Sonnenrades gekrümmte oder kegelförmige Reibflächen auf, um die Berührungsfläche zwischen den Reibpartnern zu maximieren.
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Dabei nimmt ein Radius der beiden Stümpfe von den einander zugewandten Bereichen der beiden Stümpfe je nach Anwendungsfall in Richtung der voneinander abgewandten Bereiche der Stümpfe zu oder ab.
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Der erste Teil des geteilten Hohlrades sowie der erste Teil des geteilten Sonnenrades liegen mit ihren Reibflächen an dem aus einem Blech ausgebildeten ersten Stumpf des jeweiligen als Doppelrotationskörper ausgebildeten Planetenrads an, während der zweite Teil des geteilten Hohlrades sowie der zweite Teil des geteilten Sonnenrades mit ihren Reibflächen an dem aus einem Blech ausgebildeten zweiten Stumpf des jeweiligen als Doppelrotationskörper ausgebildeten Planetenrads anliegen. Der jeweilige Stumpf weist folglich einen Reibflächenbereich auf, innerhalb dessen die Reibfläche des jeweiligen Teils des Hohlrades und des jeweiligen Teils des Sonnenrades je nach Übersetzungsverhältnis des Variators anliegt bzw. in Reibkontakt steht. Vorteilhaft bei einem von den einander zugewandten Bereichen der beiden Stümpfe in Richtung der voneinander abgewandten Bereiche der Stümpfe abnehmenden Radius der beiden Stümpfe ist, dass eine Biegemomentbelastung der Planetenräder geringer ist als bei der Ausführung des Variators mit einer Zunahme der Radien der Stümpfe von den einander zugewandten Bereichen der beiden Stümpfe in Richtung der voneinander abgewandten Bereiche der Stümpfe.
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Nach einer Ausführungsform sind die beiden Stümpfe auf einem zumindest mittelbar am Planetenträger aufgenommenen Lagerbolzen drehfest angeordnet. Ein separater Lagerbolzen ist insbesondere dann erforderlich, wenn die Planetenräder jeweils zumindest abschnittsweise aus einem Blech ausgebildet sind. Jedoch ist auch dann ein Lagerbolzen einsetzbar, wenn das jeweilige Planetenrad massiv hergestellt ist, wobei das Planetenrad auf den Lagerbolzen aufgepresst werden kann. Zur Vereinfachung der Herstellung ist das jeweilige Planetenrad vollständig aus einem Blech ausgebildet und drehfest am Lagerbolzen angeordnet, welche wiederum drehbar am Planetenträger aufgenommen ist.
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Bevorzugt ist das jeweilige Planetenrad über den Lagerbolzen am Planetenträger gelagert, wobei der Planetenträger zwei Lagereinheiten zur Lagerung des Lagerbolzen aufweist. Anders gesagt ist der Lagerbolzen an beiden Enden über eine jeweilige Lagereinheit drehbar am Planetenträger gelagert und stützt sich somit radial und axial am Planetenträger ab.
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Erfindungsgemäß sind die beiden Stümpfe axial beabstandet zueinander am Lagerbolzen angeordnet, wobei der Lagerbolzen an einer axial zwischen den Stümpfen angeordneten Lagereinheit drehbar gelagert ist. Somit besteht das jeweilige Planetenrad aus zwei separaten Teilen, die jeweils drehfest an einem gemeinsamen Lagerbolzen angeordnet sind. Axial zwischen den beiden separaten Teilen ist ein Raum ausgebildet, in dem die Lagereinheit angeordnet ist, welche sich am Planetenträger abstützt. Mithin ist lediglich eine Lagereinheit am Planetenträger vorgesehen, um den Lagerbolzen drehbar zu lagern. Die Lagereinheit ist vorzugsweise am Schwerpunkt des Lagerbolzens und folglich mittig an eben diesem angeordnet.
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Nach einer weiteren Ausführungsform sind die im Bereich der kraftschlüssigen Wirkverbindung aus einem Blech ausgebildeten Teile des Sonnenrades über Koppelelemente mit einem Sonnenradkörper verbunden. In diesem Fall ist das Planetenrad im Gegensatz zur zuvor beschriebenen Ausführungsform massiv, das heißt nicht aus einem dünnwandigen, nachgiebigen Blech ausgebildet. Die entsprechende Nachgiebigkeit zur Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen dem jeweiligen Teil des Sonnenrades und dem Planetenrad wird jedoch mit dem jeweiligen im Bereich der kraftschlüssigen Wirkverbindung aus einem Blech ausgebildeten Teil des Sonnenrades erreicht, das kraftschlüssig mit dem jeweiligen Planetenrad wirkverbunden ist. Vorzugsweise weisen die Teile des Sonnenrades eine geringe Bauhöhe auf, wobei die jeweiligen Koppelelemente zur Realisierung einer ausreichenden Axialkraft- und Drehmomentübertragung massiver ausgebildet sind. Zwischen dem jeweiligen Teil des Sonnenrades und dem dazugehörigen Koppelelement kann dazu eine Klauenverbindung vorgesehen sein, die insbesondere Drehmomente, aber auch Normalkräfte aufnimmt bzw. weiterleitet. Die Klauenverbindung ist beispielsweise eine axiale Klauenkupplung zur formschlüssigen Verbindung des jeweiligen Teils des Sonnenrades mit dem entsprechenden Koppelelement in Umfangsrichtung. Das Koppelelement ist des Weiteren zumindest mittelbar drehfest am Sonnenradkörper angeordnet, der wiederum mit einer Antriebs- oder Abtriebswelle verbunden sein kann.
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Alternativ oder ergänzend sind die im Bereich der kraftschlüssigen Wirkverbindung aus einem Blech ausgebildeten Teile des Hohlrades über Koppelelemente mit einem Hohlradkörper verbunden. In diesem Fall ist das Planetenrad ebenfalls massiv, das heißt nicht aus einem dünnwandigen, nachgiebigen Blech ausgebildet. Die entsprechende Nachgiebigkeit zur Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen dem jeweiligen Teil des Hohlrades und dem Planetenrad wird jedoch mit dem jeweiligen im Bereich der kraftschlüssigen Wirkverbindung aus einem Blech ausgebildeten Teil des Hohlrades erreicht, das kraftschlüssig mit dem jeweiligen Planetenrad wirkverbunden ist. Vorzugsweise weisen die Teile des Hohlrades eine geringe Bauhöhe auf, wobei die jeweiligen Koppelelemente zur Realisierung einer ausreichenden Axialkraft- und Drehmomentübertragung massiver ausgebildet sind. Zwischen dem jeweiligen Teil des Hohlrades und dem dazugehörigen Koppelelement kann dazu eine Klauenverbindung vorgesehen sein, die die genannten Kräfte aufnimmt bzw. weiterleitet. Die Klauenverbindung ist beispielsweise eine axiale Klauenkupplung zur formschlüssigen Verbindung des jeweiligen Teils des Hohlrades mit dem entsprechenden Koppelelement. Das Koppelelement ist des Weiteren zumindest mittelbar drehfest am Hohlradkörper angeordnet, der wiederum mit einer Antriebs- oder Abtriebswelle verbunden sein kann.
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Die geringe radiale Bauhöhe des jeweiligen Teils des Sonnenrades sowie des jeweiligen Teils des Hohlrades hat den Vorteil, dass radiale Bauhöhe des Variators sowie der Getriebevorrichtung eingespart wird. Zum anderen können die Koppelelemente aus einem günstigeren Werkstoff ausgebildet werden, sodass Material mit besseren Reibeigenschaften für den Reibkontakt mit dem Planetenrad eingespart werden kann, wodurch Materialkosten gesenkt werden können.
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Des Weiteren ist unter einer zumindest mittelbaren Verbindung und einer Wirkverbindung zwischen zwei Getriebeelementen zu verstehen, dass ein erstes Getriebeelement, insbesondere eine Welle, das jeweilige Teil des Hohlrades oder das jeweilige Teil des Sonnenrades entweder unmittelbar, also direkt oder über ein weiteres Getriebeelement, insbesondere über ein Koppel- oder Kupplungselement mit dem zweiten Getriebeelement, insbesondere einer weiteren Welle, einem Hohlradkörper oder einem Sonnenradkörper verbunden bzw. koppelbar sind. Eine Verbindung zwischen zwei Getriebeelementen ist im Wesentlichen dazu vorgesehen, Drehmomente und Kräfte bzw. eine Drehbewegung von einem (ersten) Getriebeelement auf das andere (zweite) Getriebeelement zu übertragen.
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Ein erfindungsgemäßes Planetenrad für eine stufenlos verstellbare Getriebevorrichtung ist dazu ausgebildet, kraftschlüssig mit wenigstens einem Hohlrad und einem Sonnenrad in Wirkverbindung zu stehen, wobei das Planetenrad wenigstens im Bereich der kraftschlüssigen Wirkverbindung mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad aus einem Blech ausgebildet ist, wobei das Planetenrad als Doppelrotationskörper mit einem aus einem Blech ausgebildeten ersten Stumpf und einem zweiten Stumpf ausgebildet ist, und wobei die beiden Stümpfe dazu eingerichtet sind, axial beabstandet zueinander an einem Lagerbolzen angeordnet zu sein, wobei der Lagerbolzen dazu eingerichtet ist, an einer axial zwischen den beiden Stümpfen angeordneten Lagereinheit drehbar gelagert zu sein. Das Planetenrad kann mehrteilig und/oder vollständig aus einem dünnwandigen, nachgiebigen Blech ausgebildet sein, und ist drehfest mit einem Lagerbolzen verbunden, der drehbar am Planetenträger gelagert ist.
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Im Übrigen gelten für das erfindungsgemäße Planetenrad die Ausführungen zur erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung entsprechend.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt
- 1 eine schematische Längsschnittdarstellung eines nicht erfindungsgemäßen Variators einer stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung,
- 2 eine schematische Längsschnittdarstellung eines nicht erfindungsgemäßen Planetenrades des Variators gemäß 1,
- 3 eine schematische Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Planetenrades für einen Variator, und
- 4 eine schematische Längsschnittdarstellung eines weiteren, nicht erfindungsgemäßen Variators.
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Gemäß 1 und 4 umfasst eine stufenlos verstellbare Getriebevorrichtung für ein - hier nicht gezeigtes - Fahrzeug einen Variator 1 mit einem geteilten Sonnenrad 2, einem geteilten Hohlrad 3 sowie einem Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern 5. Das geteilte Sonnenrad 2 weist einen ersten Teil 2a und einen zweiten Teil 2b auf, wobei das geteilte Hohlrad 3 ebenfalls einen ersten Teil 3a und einen zweiten Teil 3b aufweist. Die Planetenräder 5 sind an einem jeweiligen Lagerbolzen 9 drehfest aufgenommen, der wiederum an einem Planetenträger 6 über wenigstens eine Lagereinheit 4a, 4b drehbar gelagert sind. Die Planetenräder 5 stehen in einer kraftschlüssigen Wirkverbindung, das heißt in Reibschluss mit dem ersten und zweiten Teil 2a, 2b des Sonnenrades 2 sowie dem ersten und zweiten Teil 3a, 3b des Hohlrades 3. Zur Vereinfachung der Darstellung ist der Variator 1 nur teilweise dargestellt, wobei vorliegend nur einer der Planetenräder 5 exemplarisch gezeigt ist. Die weiteren - hier nicht gezeigten - Planetenräder 5 sind analog dazu ausgebildet.
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Die beiden Teile 2a, 2b des Sonnenrades 2 sowie die beiden Teile 3a, 3b des Hohlrades 3 sind in axialer Richtung gegenläufig zueinander, das heißt aufeinander zu bzw. voneinander wegbewegbar. Zudem sind die beiden Teile 2a, 2b des Sonnenrades 2 drehfest zueinander angeordnet. Ferner sind die beiden Teile 3a, 3b des Hohlrades 3 drehfest zueinander angeordnet. Das Planetenrad 5 ist in Bezug auf das Hohlrad 3 und das Sonnenrad 2 in radialer Richtung gegenüber dem Planetenträger 6 verschiebbar angeordnet. In Folge einer axialen Verschiebung der Teile 3a, 3b des Hohlrades 3 und/oder der Teile 2a, 2b des Sonnenrades 2 zueinander oder voneinander weg kann eine Übersetzung des Variators 1 zwischen einer ersten und zweiten Übersetzung beliebig stufenlos eingestellt werden. Mithin kann ein Übersetzungsverhältnisses zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle durch den Variator 1 erreicht werden.
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Das Planetenrad 5 ist vorliegend als Doppelrotationskörper mit einem ersten und zweiten Stumpf 5a, 5b ausgebildet, wobei jeder Stumpf 5a, 5b eine jeweilige kegelförmige Reibfläche 7, 8 aufweist. Mit anderen Worten nimmt der Radius des jeweiligen Stumpfes 5a, 5b je nach Blickrichtung konstant zu bzw. ab. Alternativ kann die jeweilige Reibfläche 7, 8 des jeweiligen Stumpfes 5a, 5b zumindest abschnittsweise beliebig gekrümmt ausgebildet sein.
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1 zeigt in Verbindung mit 2 ein nicht erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, wonach das Planetenrad 5 des Variators 1 gemäß 1 und 2 aus einem jeweils kegelförmigen ersten und zweiten Stumpf 5a, 5b sowie insgesamt aus einem dünnwandigen und nachgiebigen Blech ausgebildet ist. Unter dünnwandig und nachgiebig ist insbesondere zu verstehen, dass das aus dem Blech ausgebildete Planetenrad 5 aufgrund der geringeren Materialstärke auch bei gleichem Werkstoff eine höhere Elastizität bzw. Nachgiebigkeit aufweist als das damit in Reibverbindung stehende Hohlrad 3 bzw. Sonnenrad 2. Mit anderen Worten sind die beiden Teile 2a, 2b des Sonnenrades 2 sowie die beiden Teile 3a, 3b des Hohlrades 3 im Gegensatz zum Planetenrad 5 verhältnismäßig massiv ausgebildet und sind demnach vergleichsweise steif. Mithin weist das aus dem Blech ausgebildete Planetenrad 5 eine höhere Nachgiebigkeit auf als die Teile 2a, 2b, 3a, 3b des Sonnenrades 2 bzw. des Hohlrades 3, sodass sich das Blech des Planetenrades 5 insbesondere unter Einwirkung einer Axialkraft ausgehend aus dem Sonnenrad 2 und/oder dem Hohlrad 3 mit dessen erster Reibfläche 7 am ersten Stumpf 5a an eine erste Reibfläche 13a der ersten Teils 2a des Sonnenrades 2 sowie an eine erste Reibfläche 14a der ersten Teils 3a des Hohlrades 3 und mit dessen zweiter Reibfläche 8 am zweiten Stumpf 5b an eine zweite Reibfläche 13b der zweiten Teils 2b des Sonnenrades 2 sowie eine zweite Reibfläche 14b des zweiten Teils 3b des Hohlrades 3 anschmiegt. Durch Anschmiegen der Reibpartner aneinander wird eine größere Kontaktfläche zwischen den Reibpartnern realisiert, wodurch eine Flächenpressung reduziert und dementsprechend ein höheres Moment übertragen werden kann. Zudem können die Planetenräder 5 dadurch leichter und somit kostengünstiger hergestellt werden.
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Ein Radius der beiden Stümpfe 5a, 5b des Planetenrades 5 nimmt vorliegend von den einander zugewandten Bereichen der beiden kegelförmigen Stümpfe 5a, 5b in Richtung der voneinander abgewandten Bereiche der Stümpfe 5a, 5b konstant ab. Vorteilhaft ist dabei, dass eine Biegemomentbelastung des Planetenrades 5 vergleichsweise gering ist. Alternativ ist auch denkbar, dass ein Radius der beiden Stümpfe 5a, 5b von den einander zugewandten Bereichen der beiden Stümpfe 5a, 5b in Richtung der voneinander abgewandten Bereiche der Stümpfe 5a, 5b zunimmt. Die beiden Stümpfe 5a, 5b des Planetenrades 5 sind ferner drehfest mit einem Lagerbolzen 9 verbunden, welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel beidseits über eine erste und zweite Lagereinheit 4a, 4b am Planetenträger 6 drehbar gelagert ist. Der Lagerbolzen 9 ist über die beiden Lagereinheiten 4a, 4b axial und radial am Planetenträger 6 abgestützt.
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Gemäß 2 sind die beiden Stümpfe 5a, 5b axial an einer umlaufenden Fügestelle 10 drehfest miteinander verbunden. Mit anderen Worten ist das Planetenrad 5 zunächst zweiteilig ausgebildet, wobei der erste Stumpf 5a aus einem ersten Blech und der zweite Stumpf 5b aus einem zweiten Blech ausgebildet sind. Die beiden Bleche bzw. die beiden Stümpfe 5a, 5b sind identisch tassenförmig mit einer zentrischen Öffnung zur Durchführung des Lagerbolzens 9 ausgebildet und an der Fügestelle 10 stoffschlüssig miteinander verbunden, um ein einteiliges Planetenrad 5 auszubilden, das drehfest mit dem Lagerbolzen 9 verbunden wird.
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3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Variators, wobei der wesentliche Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 und 2 darin besteht, dass das Planetenrad 5 zweiteilig ausgebildet ist, wobei die beiden Stümpfe 5a, 5b des Planetenrades 5 axial beabstandet zueinander, also separat drehfest am Lagerbolzen 9 angeordnet sind. Ein Abschnitt des Planetenträgers 6 ist axial zwischen den beiden Stümpfen 5a, 5b angeordnet und nimmt eine einzige Lagereinheit 4a zur Lagerung des Lagerbolzens 9 auf. Mithin ist die Lagereinheit 4a axial zwischen den beiden Stümpfen 5a, 5b angeordnet. Dadurch wird die Bauteilzahl der Getriebevorrichtung und folglich das Gewicht sowie die Herstellungskosten der Getriebevorrichtung reduziert.
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Nach 4 ist eine weitere, nicht erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt, bei der die beiden Teile 2a, 2b des Sonnenrades 2 sowie die beiden Teile 3a, 3b des Hohlrades 3 aus einem dünnwandigen und nachgiebigen Blech mit geringer radialer Bauhöhe ausgebildet sind. Die vergleichsweise elastischen Teile 2a, 2b des Sonnenrades 2 sowie die Teile 3a, 3b des Hohlrades 3 stehen in Reibkontakt mit dem relativ dazu massiver ausgebildeten Planetenrad 5. Anders gesagt weisen die aus dem Blech ausgebildeten Teile 2a, 2b des Sonnenrades 2 sowie die Teile 3a, 3b des Hohlrades 3 eine höhere Nachgiebigkeit auf als das Planetenrad 5, sodass sich die Bleche der Teile 2a, 2b des Sonnenrades 2 sowie der Teile 3a, 3b des Hohlrades 3 unter Einwirkung einer Axialkraft ausgehend aus dem Sonnenrad 2 und/oder dem Hohlrad 3 mit ihren Reibflächen 13a, 13b, 14a, 14b an den Reibflächen 7 bzw. 8 der Stümpfe 5a, 5b anschmiegen.
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Die aus dem Blech ausgebildeten Teile 2a, 2b des Sonnenrades 2 sowie die aus dem Blech ausgebildeten Teile 3a, 3b des Hohlrades 3 sind über jeweilige Koppelelemente 11, 12 drehfest mit einem Sonnenradkörper 2c bzw. einem Hohlradkörper 3c verbunden, wobei die Teile 2a, 2b, 3a, 3b beispielsweise über - hier nicht dargestellte - axiale Klauenkupplungen drehfest und axial verschieblich gegenüber den ortsfest am Sonnenradkörper 2c bzw. Hohlradkörper 3c angeordneten Koppelelementen 11, 12 angeordnet sind. Der Sonnenradkörper 2c sowie der Hohlradkörper 3c können mit einer - nicht gezeigten - Antriebswelle bzw. Abtriebswelle verbunden sein. Die Lagerung des Planetenrades 5 am Planetenträger 6 erfolgt analog zu 1 und 2.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Variator
- 2
- Sonnenrad
- 2a
- Erstes Teil des Sonnenrades
- 2b
- Zweites Teil des Sonnenrades
- 2c
- Sonnenradkörper
- 3
- Hohlrad
- 3a
- Erstes Teil des Hohlrades
- 3b
- Zweites Teil des Hohlrades
- 3c
- Hohlradkörper
- 4a
- Erste Lagereinheit
- 4b
- Zweite Lagereinheit
- 5
- Planetenrad
- 5a
- Erster Stumpf
- 5b
- Zweiter Stumpf
- 6
- Planetenträger
- 7
- Erste Reibfläche des Planetenrades
- 8
- Zweite Reibfläche des Planetenrades
- 9
- Lagerbolzen
- 10
- Fügestelle
- 11
- Koppelelement des Sonnenrades
- 12
- Koppelelement des Hohlrades
- 13a
- Erste Reibfläche des Sonnenrades
- 13b
- Zweite Reibfläche des Sonnenrades
- 14a
- Erste Reibfläche des Hohlrades
- 14b
- Zweite Reibfläche des Hohlrades
