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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laschenkette für ein stufenlos übersetzungseinstellbares Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, deren die einzelnen durch Laschenpakete mit mehreren Kettenlaschen gebildeten Kettenglieder verbindenden Wiegegelenke als Paare von in Aussparungen der Kettenlaschen eingeschobenen Wiegedruckstücken mit aufeinander abgestützten Wälzflächen ausgebildet sind, wobei das jeweilige Paar der Wiegedruckstücke ein in Zugrichtung vorlaufendes Wiegedruckstück und ein nachlaufendes Wiegedruckstück umfasst. Die Erfindung betrifft ferner ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe.
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Eine Laschenkette wird als Umschlingungsmittel in einem mechanisch verstellbaren Stufenlosgetriebe eines Kraftfahrzeugs verwendet. Ein mechanisch verstellbares Stufenlosgetriebe, auf Englisch als Continuously Variable Transmission, kurz CVT, bezeichnet, ermöglicht eine stufenlose Anpassung der Übersetzung ohne Zugkraftunterbrechung. Die Laschenkette weist nebeneinander gereihte Kettenlaschen auf, die über Druckstücke verbunden sind. Die axiale Sicherung der Druckstücke erfolgt bei den sich aktuell auf dem Markt befindlichen Ketten über Sicherungselemente, beispielsweise kurze Drahtstücke.
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Folgende Eigenschaften kennzeichnen die Laschenkette (bzw. CVT-Laschenkette oder CVT-Kette):
- Mit ihr werden niedrige Verbräuche und eine hervorragende Fahrdynamik erzielt.
Das ist durch die Wiegegelenk-Konstruktion der CVT-Kette möglich, mit der kleine Laufkreise auf den Kegelscheiben und damit eine hohe Getriebespreizung realisiert werden. Mit der CVT-Kette sind hohe Drehmomente übertragbar. Dickere Laschen, die optional Verwendung finden können, im Außenbereich des Strangs vergleichmäßigen die Beanspruchungsverteilung. Das Element zeichnet sich ferner durch niedrige innere Reibungsverluste durch das Abwälzen der Wiegedruckstücke aus und garantiert damit einen guten Getriebewirkungsgrad.
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Durch optional ballig ausgeführte Stirnflächen der Wiegedruckstücke ist die CVT-Kette unempfindlich gegen Spurversatz. In Kombination mit optional gewölbt ausgeführten Kegelscheiben, wird die bei Verstellung zwangsläufig entstehende Zusatzkomponente des Spurversatzes verringert. Weiterhin ist die CVT-Kette unempfindlich gegen Scheibensatzverformungen unter Last, Winkelfehler und Relativverdrehungen zwischen fester und verschiebbarer Kegelscheibe. Sie benötigt daher keine Kugelführungen für die axialbeweglichen Kegelscheiben.
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Beim Einlauf der Laschenkette in den Scheibensatz kommt es üblicherweise zu einer Verschiebung der beiden Wiegedruckstücke in einem Gelenk zueinander in radialer Richtung. Die Führung des freien Wiegedruckstücks soll diese Bewegung begrenzen. Die entstehende Führungskraft soll hierbei möglichst gering ausfallen, um die Laschenbelastung gering zu halten. Bei zu viel Führungsspiel kann zu starken radialen Verschiebungen der Wiegedruckstücke in einem Gelenk kommen. Dabei verschiebt sich der Wiegekontaktpunkt. Diese Verschiebung des Wiegekontaktpunktes ändert die Kraftaufteilung zwischen Ober- und Unterbügel. Dies beeinflusst die Laschenfestigkeit nachteilig.
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Ist beispielsweise das Führungsspiel eines freien Wiegedruckstücks an der Führung oben 90 µm, ohne eine Führung radial unten vorzuhalten, folgt hieraus in der Regel ein vergleichsweise großes Spiel. Damit ist die Bewegung des freien Wiegedruckstücks nach oben auf 90 µm begrenzt. Nach unten gibt es quasi keine Begrenzung. Trotzdem ist die Bewegung des freien Wiegedruckstücks nach unten ebenfalls auf 90 µm begrenzt, weil jedes feste Wiegedruckstück in der einen Lasche auch gleichzeitig ein freies Wiegedruckstück in einer anderen Lasche ist (und umgekehrt). Die Bewegung des freien Wiegedruckstücks nach oben in einer Lasche entspricht der Bewegung des freien Wiegedruckstücks nach unten aus Sicht einer anderen Lasche.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Führung der freien Wiegedruckstücke bei geringen Führungskräften zu erreichen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Laschenkette für ein stufenlos übersetzungseinstellbares Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, deren die einzelnen durch Laschenpakete mit mehreren Kettenlaschen gebildeten Kettenglieder verbindenden Wiegegelenke als Paare von in Aussparungen der Kettenlaschen eingeschobenen Wiegedruckstücken mit aufeinander abgestützten Wälzflächen ausgebildet sind, wobei das jeweilige Paar der Wiegedruckstücke ein in Zugrichtung vorlaufendes Wiegedruckstück und ein nachlaufendes Wiegedruckstück umfasst, wobei die Wiegedruckstücke in der jeweiligen Aussparung eine asymmetrische Führung aufweisen, sodass das vorlaufende Wiegedruckstück und das nachlaufende Wiegedruckstück ein voneinander unterschiedliches Spiel in der Aussparung besitzen.
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Erfindungsgemäß wird eine asymmetrische Führung der Wiegedruckstücke realisiert, d.h. das vorlaufende und das nachlaufende Wiegedruckstück unterschiedliches Spiel in der Führung haben. Ausgehend von der zentrierten Position können die Wiegedruckstücke sich unterschiedlich weit radial nach oben und unten verschieben Dies kann beispielsweise durch asymmetrische Laschenführungen oder durch ungleich dicke Wiegedruckstücke in einem Gelenk erreicht werden. Durch diese Führung der Wiegedruckstücke kann die Festigkeit und Dauerfestigkeit der Laschenkette deutlich verbessert werden.
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Unter Führungsspiel wird der Abstand zwischen dem freiem Wiegedruckstück und dem „Führungshöcker“ in der Aussparung der Lasche verstanden. Um dieses Maß kann das freie Wiegedruckstück verschoben werden. Die Führung des freien Wiegedruckstücks kann in der Aussparung der Lasche oben oder unten erfolgen, bevorzugt jedoch nur oben.
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Hierdurch kann eine möglichst geringe Verschiebung der beiden Wiegedruckstücke in einem Gelenk und hierdurch eine symmetrische Laschenbelastung, weil Wiegekontante auf gleicher Höhe zu finden sind, und möglichst geringe Führungskräfte erreicht werden. Die Reduzierung von Führungskräften reduzieren Zusatzbelastungen für die Lasche, die zum Ausfall führen können, zudem können die sogenannten Scheuerstellen (= Führungsstellen) durch Verschleißphänomene zum Ausfall führen, was durch die Erfindung verhindert wird.
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Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz bzw. ihrer Bedeutung erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
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Eine Kettenlasche ist ein wesentlicher Bestandteil einer Laschenkette. Die Kettenlasche ist eine plattenartig länglich ausgebildete Lasche, die quer zu ihrer Längserstreckung und der Laschenfläche eine oder mehrere Durchgangsöffnungen zur Durchführung und Aufnahme von sogenannten Wiegedruckstücken (auch als Druckstücke oder Wiegestücke bezeichnet) aufweist.
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Ein Wiegedruckstück ist neben der Kettenlasche ein wesentlicher Bestandteil der Laschenkette. Das Wiegedruckstück bildet gemeinsam mit der Durchgangsöffnung der Kettenlasche, durch die es geführt ist, ein sogenanntes Wiegegelenk. Durch die Wiegegelenk-Konstruktion der Laschenkette ist es möglich, dass kleine Laufkreise auf den Kegelscheiben und damit eine hohe Getriebespreizung realisiert werden kann.
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Als Sicherungselement wird ein Teil oder eine konstruktive Ausgestaltung bezeichnet, die dazu dient, dass die Kettelaschen seitlich axial nicht von den Druckstücken abwandern können. Im einfachsten Fall werden die Druckstücke an zumindest einem ihrer axialen Enden mit einem aufgeschweißten Drahtstück oder dergleichen gesichert.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das vorlaufende Wiegedruckstück und das nachlaufende Wiegedruckstück ausgehend von einer zentrierten Position in der Aussparung unterschiedlich weit radial nach oben und radial nach unten verschiebbar sind.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Wälzflächen des vorlaufenden Wiegedruckstücks und des nachlaufenden Wiegedruckstücks asymmetrisch ausgebildet sind.
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Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das vorlaufende Wiegedruckstück und das nachlaufende Wiegedruckstück voneinander verschieden ausgeformt sind, insbesondere eine voneinander unterschiedliche äußere Kontur aufweisen, so dass eine asymmetrische Führung der Wiegedruckstücke an den Wälzflächen bewirkt ist.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass eine radiale Verschiebung des vorlaufenden Wiegedruckstücks nach oben auf 100µm und auf 50 µm nach unten begrenzt ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein stufenlos übersetzungseinstellbares Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, umfassend ein auf einer ersten Welle angeordnetes erstes Kegelscheibenpaar und ein auf einer zweiten Welle angeordnetes zweites Kegelscheibenpaar und eine zur Drehmomentübertragung zwischen dem ersten Kegelscheibenpaar und dem zweiten Kegelscheibenpaar angeordnete Laschenkette, wobei die Laschenkette ausgebildet nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Kegelscheiben, des ersten Kegelscheibenpaares und die Kegelscheiben, des zweiten Kegelscheibenpaares jeweils einen Kegelscheibenwinkel, aufweisen, der größer als sieben Winkelgrad und kleiner als dreizehn Winkelgrad bemessen ist, der insbesondere zwischen neun Winkelgrad und elfkommafünf Winkelgrad bemessen ist. Hierdurch wird ein optimiertes Zusammenwirken mit der erfindungsgemäß aufgebauten Laschenkette erreicht.
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Kegelscheiben, des ersten Kegelscheibenpaares und die Kegelscheiben, des zweiten Kegelscheibenpaares aus einem Einsatzstahl mit der Bezeichnung CrMo oder der Bezeichnung CoNiMo gebildet sind, was ebenfalls einem verschleißarmen Zusammenwirken der erfindungsgemäß aufgebauten Laschenkette mit den Kegelscheiben des Getriebes zuträglich ist. was ebenfalls einem verschleißarmen Zusammenwirken der erfindungsgemäß aufgebauten Laschenkette mit den Kegelscheiben des Getriebes zuträglich ist.
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Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass das antreibende Kegelscheibenpaar ausgebildet ist mit einer Drehgeschwindigkeit bis maximal 12000 U/min, insbesondere mit einer Drehgeschwindigkeit bis maximal 6500 U/min angetrieben zu werden, so dass ein Betrieb gewährleistet ist, innerhalb dessen ein verschleißreduzierter Betrieb der Laschenkette ermöglicht ist.
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Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass das antreibende Kegelscheibenpaar ausgebildet ist ein Drehmoment von mindestens 150 Nm zu übertragen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 eine teiltransparente Frontalansicht auf einen Laschenkettenabschnitt,
- 2 eine Blockschaltansicht auf ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe.
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Die 1 zeigt eine Laschenkette 1 für ein stufenlos übersetzungseinstellbares Kegelscheibenumschlingungsgetriebe 10, wie es exemplarisch in der 2 gezeigt ist. Die einzelnen durch Laschenpakete mit mehreren Kettenlaschen 2 gebildeten Kettenglieder 3 sind durch Wiegegelenke 4 verbunden, die als Paare von in Aussparungen 20 der Kettenlaschen 2 eingeschobenen Wiegedruckstücken 5 mit aufeinander abgestützten Wälzflächen 6 ausgebildet sind. Das jeweilige Paar der Wiegedruckstücke 5 umfasst ein in Zugrichtung vorlaufendes Wiegedruckstück 7 und ein nachlaufendes Wiegedruckstück 8.
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Die Wiegedruckstücke 5 weisen in der jeweiligen Aussparung 20 eine asymmetrische Führung auf, sodass das vorlaufende Wiegedruckstück 7 und das nachlaufende Wiegedruckstück 8 ein voneinander unterschiedliches Spiel in der Aussparung 20 besitzen, was durch die entsprechenden aufeinanderzugerichteten Pfeilpaare angedeutet ist.
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Aus der 1 ist gut ersichtlich, dass das vorlaufende Wiegedruckstück 7 und das nachlaufende Wiegedruckstück 8 ausgehend von einer zentrierten Position in der Aussparung 20 unterschiedlich weit radial nach oben und radial nach unten verschiebbar sind. Die Wälzflächen 6 des vorlaufenden Wiegedruckstücks 7 und des nachlaufenden Wiegedruckstücks 8 sind asymmetrisch ausgebildet.
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Alternativ oder ergänzend können auch das vorlaufende Wiegedruckstück 7 und das nachlaufende Wiegedruckstück 8 voneinander verschieden ausgeformt sein, insbesondere weisen sie eine voneinander unterschiedliche äußere Kontur auf, so dass eine asymmetrische Führung der Wiegedruckstücke 5 an den Wälzflächen 6 bewirkt ist.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die radiale Verschiebung des vorlaufenden Wiegedruckstücks 7 nach oben auf ca. 100µm und auf ca. 50 µm nach unten begrenzt. Wird nun beim Einlauf eines Gelenks aus dem Trum in eines der Kegelscheibenpaare 30, 50 (siehe 2) z.B. eine Radialverschiebung des vorlaufenden Wiegedruckstücks 7 nach außen in Höhe von 80 µm aufgeprägt, so kommt es zu keinen Zwangskräften, weil das Spiel größer ist. Vollständig in Kegelscheibenpaare 30,50 eingelaufen, zentrieren sich die Wiegedruckstücke 5 radial über die Stirnfläche. Die Verschiebung des vorlaufenden Wiegedruckstücks 7 im Auslauf bzw. im Trum nach innen bzw. unten wird auf 50 µm begrenzt.
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2 zeigt eine CVT-Getriebeeinheit mit einem Kegelscheibenumschlingungsgetriebe 10, eingebunden in den Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs in schematischer Darstellung. Das Kegelscheibenumschlingungsgetriebe 10 (auch als Variator bezeichnet) umfasst ein erstes Kegelscheibenpaar 30 mit einer als Festscheibe ausgebildeten ersten Kegelscheibe 31 und mit einer axial verschiebbar angeordneten als Wegscheibe ausgebildeten zweiten Kegelscheibe 32 und einen zweiten Kegelscheibensatz 50 mit einer ersten als Festscheibe ausgebildeten Kegelscheibe 51 und einer axial verschiebbar angeordneten als Wegscheibe ausgebildeten zweiten Kegelscheibe 52 sowie ein die beiden Kegelscheibensätze 30, 50 verbindendes als Laschenkette 1 ausgebildetes Umschlingungsmittel. Die CVT-Getriebeeinheit umfasst ferner eine Aktuatoreinheit 9, mittels der die Wegscheiben 32; 52 von erstem und zweitem Kegelscheibensatz 30,50 axial verstellbar sind, derart, dass eine gewünschte Übersetzung zwischen dem ersten Kegelscheibensatz 30 und dem zweiten Kegelscheibensatz 50 einstellbar ist. Der erste Kegelscheibensatz 30 ist über eine elektrische Maschine 11 und/oder eine Brennkraftmaschine 12 antreibbar. Dabei ist zwischen die Brennkraftmaschine 12 und den angetriebenen Variator die elektrische Maschine 11 über eine brennkraftmaschinenseitig angeordnete und eine variatorseitig angeordnete Trennkupplung in den Antriebsstrang eingebunden. Der zweite Kegelscheibensatz 50 ist über eine Getriebeeinheit mit einer Antriebsachse des Kraftfahrzeugs verbunden. Die Aktuatoreinheit 9 wird über eine nicht dargestellte Steuereinheit angesteuert.
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Die 5 zeigt des Weiteren, dass die Kegelscheiben 31, 32 des ersten Kegelscheibenpaares 30 und die Kegelscheiben 51, 52 des zweiten Kegelscheibenpaares 50 jeweils einen Kegelscheibenwinkel 21, 22 aufweisen. Dieser ist mit Vorteil größer als sieben Winkelgrad und kleiner als dreizehn Winkelgrad bemessen und besonders bevorzugt zwischen neun Winkelgrad und elfkommafünf Winkelgrad bemessen.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Laschenkette
- 2
- Kettenlaschen
- 3
- Kettenglieder
- 4
- Wiegegelenke
- 5
- Wiegedruckstücken
- 6
- Wälzflächen
- 7
- vorlaufendes Wiegedruckstück
- 8
- nachlaufendes Wiegedruckstück
- 9
- Aktuatoreinheit
- 10
- Kegelscheibenumschlingungsgetriebe
- 11
- elektrische Maschine
- 12
- Brennkraftmaschine
- 20
- Aussparungen
- 21
- Kegelscheibenwinkel
- 22
- Kegelscheibenwinkel
- 23
- Welle
- 30
- Kegelscheibenpaar
- 31
- Kegelscheiben
- 32
- Kegelscheiben
- 40
- Welle
- 50
- Kegelscheibenpaar
- 51
- Kegelscheiben
- 52
- Kegelscheiben
