DE102022118850A1

DE102022118850A1 - Continuously variable transmission and method for the electromechanical adjustment of a continuously variable transmission

Info

Publication number: DE102022118850A1
Application number: DE102022118850.7A
Authority: DE
Inventors: Vivek Singh; Prajod Ayyappath
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-07-27
Filing date: 2022-07-27
Publication date: 2024-02-01

Abstract

Ein stufenloses Getriebe (1), insbesondere eines Zweirads, umfasst einen Variator (2) mit zwei gegeneinander verschiebbaren, um eine gemeinsame Rotationsachse drehbaren Kegelscheiben (4, 5), wobei dem Variator (2) ein elektromechanischer Aktuator (14) zuzurechnen ist. Der Aktuator (14) umfasst eine zweistufige Getriebeanordnung (16), deren erste Getriebestufe (17) als Schneckengetriebe und deren zweite Getriebestufe als Gewindetrieb (42) ausgebildet ist.A continuously variable transmission (1), in particular of a two-wheeler, comprises a variator (2) with two mutually displaceable conical disks (4, 5) which can be rotated about a common axis of rotation, wherein the variator (2) includes an electromechanical actuator (14). The actuator (14) comprises a two-stage gear arrangement (16), the first gear stage (17) of which is designed as a worm gear and the second gear stage of which is designed as a screw drive (42).

Description

Die Erfindung betrifft ein stufenloses Getriebe, insbesondere in Form eines Riemengetriebes. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur elektromechanischen Verstellung eines solchen Getriebes, welches beispielsweise in einem motorisierten Zweirad, insbesondere in einem Motorroller, nutzbar ist.The invention relates to a continuously variable transmission, particularly in the form of a belt transmission. The invention further relates to a method for the electromechanical adjustment of such a transmission, which can be used, for example, in a motorized two-wheeler, in particular in a motor scooter.

Ein kontinuierlich verstellbarer Umschlingungsmitteltrieb ist beispielsweise aus der DE 199 46 336 A1 bekannt. Der bekannte, insbesondere für die Verwendung in Kraftfahrzeugen vorgesehene Umschlingungsmitteltrieb umfasst einen Variator mit Kegelscheiben, wobei eine der Kegelscheiben axial verschiebbar ist und zwischen den Kegelscheiben auf einem verstellbaren Radius ein Umschlingungsmittel in Form eines Riemens aufgenommen ist. Eine Anpresseinrichtung sorgt für einen Reibschluss zwischen den Kegelscheiben und dem Umschlingungsmittel. Die Anpresseinrichtung des verstellbaren Getriebes nach der DE 199 46 336 A1 umfasst Zwangsführungsmittel, die in Abhängigkeit vom zu übertragenden Moment und/oder einer von außen einzustellenden Übersetzung eine axiale Verschiebung der Kegelscheibe bewirken.A continuously adjustable belt drive is, for example, from the DE 199 46 336 A1 known. The known belt drive, intended in particular for use in motor vehicles, comprises a variator with conical pulleys, one of the conical pulleys being axially displaceable and a belt in the form of a belt being accommodated between the conical pulleys on an adjustable radius. A pressing device ensures a frictional connection between the conical pulleys and the belt. The pressing device of the adjustable gear after the DE 199 46 336 A1 includes positive guidance means which cause an axial displacement of the conical pulley depending on the torque to be transmitted and/or a ratio that can be set from the outside.

Weitere stufenlos verstellbare, mit Umschlingungsmitteln arbeitende Getriebe, welche zur Verwendung in zwei- oder vierrädrigen Fahrzeugen vorgesehen sind, sind zum Beispiel in den Dokumenten EP 3 387 295 B1 und US 11,320,023 B2 beschrieben. Im letztgenannten Fall umfasst ein Riemen eine Vielzahl an Einzelelementen.Other continuously variable, belt-operated transmissions, which are intended for use in two- or four-wheeled vehicles, are included in the documents, for example EP 3 387 295 B1 and US 11,320,023 B2 described. In the latter case, a belt comprises a large number of individual elements.

Die US 11,326,244 B2 offenbart einen metallischen Werkstoff für eine Riemenscheibe eines stufenlosen Getriebes sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Riemenscheibe. Die Riemenscheibe nach der US 11,326,244 B2 soll sich durch eine hohe Verschließfestigkeit auszeichnen.The US 11,326,244 B2 discloses a metallic material for a pulley of a continuously variable transmission and a method for producing such a pulley. The pulley after the US 11,326,244 B2 should be characterized by high sealing strength.

Ein in der DE 102 22 520 A1 beschriebenes Automatgetriebe umfasst zwei Kegelscheibensätze, wobei eine Anordnung der Drehachsen zweier Kegelscheiben mindestens eines Kegelscheibensatzes zueinander variierbar ist. Auf diese Weise soll einem Aufspreizen der Kegelscheiben entgegengewirkt werden können.An Indian DE 102 22 520 A1 The automatic transmission described comprises two sets of conical pulleys, wherein an arrangement of the axes of rotation of two conical pulleys of at least one set of conical pulleys can be varied relative to one another. In this way, any spreading of the conical disks can be counteracted.

Verschiedene Regelverfahren und Steuersysteme für stufenlos verstellbare Umschlingungsmittelgetriebe sind zum Beispiel in den Dokumenten DE 10 2006 044 543 A1 und DE 10 2005 006 157 B4 beschrieben.Various control methods and control systems for continuously variable belt transmissions are, for example, in the documents DE 10 2006 044 543 A1 and DE 10 2005 006 157 B4 described.

Die EP 1 743 107 B1 offenbart ein koaxiales elektrisches Stellglied für ein stufenloses Getriebe. In diesem Fall umfasst ein elektrischer Aktuator einen axial beweglichen Anker. Auch in diesem Fall ist ein Riemen als Umschlingungsmittel vorgesehen.The EP 1 743 107 B1 discloses a coaxial electric actuator for a continuously variable transmission. In this case, an electric actuator includes an axially movable armature. In this case too, a belt is provided as a wrapping means.

Die EP 1 413 802 B1 beschreibt Details einer Riemenscheibe für ein stufenloses Getriebe. Als mögliche Anwendungsfelder sind Motorroller und Kleinstwagen genannt. Ferner ist in der EP 1 413 802 B1 auf die grundsätzliche Möglichkeit hingewiesen, Riemenscheiben eines stufenlos einstellbaren Getriebes mittels eines elektronisch gesteuerten Stellantriebs axial zu bewegen.The EP 1 413 802 B1 describes details of a pulley for a continuously variable transmission. Motor scooters and small cars are mentioned as possible areas of application. Furthermore, in the EP 1 413 802 B1 pointed out the basic possibility of axially moving pulleys of a continuously adjustable transmission using an electronically controlled actuator.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, elektromechanisch stufenlos verstellbare Getriebe, insbesondere Riemengetriebe, welche unter anderem für die Verwendung in Zweirädern, beispielsweise Motorrollern, geeignet sind, gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterzuentwickeln, wobei ein besonders günstiges Verhältnis zwischen apparativem Aufwand und Funktionalität angestrebt wird.The invention is based on the object of further developing electromechanically continuously variable transmissions, in particular belt transmissions, which are suitable, among other things, for use in two-wheelers, for example motor scooters, compared to the state of the art mentioned, with a particularly favorable ratio between equipment expenditure and functionality being sought .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein stufenloses Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur elektromechanischen Verstellung eines stufenlosen Getriebes gemäß Anspruch 9. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Verstellverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt das Getriebe mit per elektromechanischer Aktuatorik stufenlos verstellbarem Übersetzungsverhältnis, und umgekehrt.This object is achieved according to the invention by a continuously variable transmission with the features of claim 1. The object is also achieved by a method for the electromechanical adjustment of a continuously variable transmission according to claim 9. The embodiments and advantages of the invention explained below in connection with the adjustment method also apply accordingly for the device, i.e. the transmission with a gear ratio that is infinitely adjustable using electromechanical actuators, and vice versa.

Das anmeldungsgemäße Getriebe umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption einen Variator mit zwei gegeneinander verschiebbaren Kegelscheiben, wobei dem Variator ein elektromechanischer Aktuator zuzurechnen ist. Gemäß Anspruch 1 umfasst der Aktuator eine zweistufige Getriebeanordnung mit einem Schneckengetriebe als erster Getriebestufe und einem Gewindetrieb als zweiter Getriebestufe. Durch die Hintereinanderschaltung der beiden genannten Getriebestufen ist insgesamt ein für die vorgesehene Anwendung passendes Untersetzungsverhältnis erreichbar. Zur Betätigung der Getriebeanordnung ist ein Elektromotor gängiger Bauart, beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor, geeignet.The transmission according to the application comprises, in a basic concept known per se, a variator with two mutually displaceable conical pulleys, an electromechanical actuator being included in the variator. According to claim 1, the actuator comprises a two-stage gear arrangement with a worm gear as the first gear stage and a screw drive as the second gear stage. By connecting the two gear stages mentioned in series, an overall reduction ratio that is suitable for the intended application can be achieved. An electric motor of common design, for example a brushless direct current motor, is suitable for actuating the gear arrangement.

Gemäß einer möglichen Ausgestaltung umfasst die zweistufige Getriebeanordnung ein um die gemeinsame Rotationsachsachse der gegeneinander verschiebbaren Kegelscheiben verschwenkbares Zahnradsegment, welche als Abtriebselement der ersten Getriebestufe und zugleich als Antriebselement der zweiten Getriebestufe, das heißt des Gewindetriebs, vorgesehen ist.According to a possible embodiment, the two-stage gear arrangement comprises a gear segment which can be pivoted about the common axis of rotation of the mutually displaceable conical disks and which is provided as an output element of the first gear stage and at the same time as a drive element of the second gear stage, that is to say the screw drive.

Das Zahnradsegment kann grundsätzlich ein- oder mehrteilig aufgebaut sein und ist beispielsweise um einen Winkel von mindestens 30° und maximal 180° um die gemeinsame Rotationsachsachse der Kegelscheiben verdrehbar. Im Fall eines mehrteiligen Aufbaus ist eine dem Gewindetrieb zuzurechnende Innenverzahnung des Zahnradsegments beispielsweise durch einen gesonderten Ring gebildet. Dieser Ring ist mit einem weiteren, als Komponente des Schneckengetriebes fungierenden Element des Zahnradsegments verbunden.The gear segment can basically be constructed in one or more parts and can be rotated, for example, through an angle of at least 30° and a maximum of 180° about the common axis of rotation of the conical pulleys. In the case of a multi-part structure, an internal toothing of the gear segment that can be attributed to the screw drive is formed, for example, by a separate ring. This ring is connected to another element of the gear segment that acts as a component of the worm gear.

Gemäß einer ersten möglichen Bauform ist der Gewindetrieb als einfaches Bewegungsgewinde ausgebildet. Hierbei können die in der Art eines Gewindes miteinander zusammenwirkenden Bauteile, das heißt Gewindespindel und Spindelmutter, beispielsweise trapezförmig profiliert sein.According to a first possible design, the screw drive is designed as a simple movement thread. Here, the components that interact with one another in the manner of a thread, i.e. threaded spindle and spindle nut, can be profiled, for example, trapezoidal.

Alternativ kann es sich bei dem Gewindetrieb zum Beispiel um einen Wälzgewindetrieb, insbesondere einen Kugelgewindetrieb, handeln. Ein Wälzgewindetrieb weist im Vergleich zu einem Gewindetrieb ohne Wälzkörper typischerweise eine geringere Reibung auf.Alternatively, the screw drive can be, for example, a rolling screw drive, in particular a ball screw drive. A rolling screw drive typically has lower friction compared to a screw drive without rolling elements.

Gemäß einer möglichen Weiterbildung umfasst der Gewindetrieb ein abtriebseitiges, hülsenförmiges Getriebeelement, welches als verschiebbare, den Abstand zwischen den Kegelscheiben variierende Gewindespindel fungiert und zusätzlich steigungsbehaftet innenverzahnt ist. Hierbei wirkt das hülsenförmige Getriebeelement derart mit einem drehfesten, gehäusestarren, außenverzahnten Element zusammen, dass eine Verschiebung des hülsenförmigen Getriebeelementes zwangsläufig mit einer Verdrehung desselben Getriebeelementes einhergeht. Durch diese kinematisch mit dem Vorschub gekoppelte Verdrehung ist insgesamt eine schraubende Bewegung des hülsenförmigen, außen- und innenverzahnten Getriebeelementes gegeben. Damit ist ein abweichendes Übersetzungsverhältnis im Vergleich zu einem Gewindetrieb mit ausschließlich verschiebbarem, verdrehgesicherten Abtriebselement festlegbar.According to a possible further development, the screw drive comprises a sleeve-shaped gear element on the output side, which functions as a displaceable threaded spindle that varies the distance between the conical disks and is additionally internally toothed with a pitch. Here, the sleeve-shaped gear element interacts with a rotationally fixed, housing-rigid, externally toothed element in such a way that a displacement of the sleeve-shaped gear element is inevitably accompanied by a rotation of the same gear element. This rotation, which is kinematically coupled to the feed, results in an overall screwing movement of the sleeve-shaped, externally and internally toothed gear element. This means that a different gear ratio can be determined compared to a screw drive with an exclusively displaceable, anti-rotation output element.

Das anmeldungsgemäße Verfahren dient allgemein der elektromechanischen Verstellung eines stufenlosen Getriebes, nämlich Umschlingungsgetriebes, insbesondere Riemengetriebes, wobei mittels einer ersten Getriebestufe eine erste, durch einen Elektromotor bewirkte Rotation in eine zweite Rotation gewandelt und mittels eines der ersten Getriebestufe nachgeschalteten Gewindetriebs, dessen Mittelachse mit der gemeinsamen Rotationsachse eines verstellbaren Kegelscheibenpaares des Getriebes zusammenfällt, die zweite Rotation in eine das Übersetzungsverhältnis des Getriebes verändernde lineare Stellbewegung umgesetzt wird.The method according to the application is generally used for the electromechanical adjustment of a continuously variable transmission, namely a belt transmission, in particular a belt transmission, with a first rotation caused by an electric motor being converted into a second rotation by means of a first gear stage and the central axis of which is connected to the common one by means of a screw drive connected downstream of the first gear stage Axis of rotation of an adjustable pair of conical pulleys of the gearbox coincides, the second rotation is converted into a linear actuating movement that changes the gear ratio of the gearbox.

Die Ansteuerung des Getriebes kann wahlweise gemäß einer von mehreren Kennlinien erfolgen. Durch die Kennlinien wird insbesondere die Relation zwischen Motordrehzahl und Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt, wobei in die Festlegung dieser Relation eine Vielzahl an Einflüssen, unter anderem die Drosselklappenstellung, eingehen können. In den durch die verschiedenen Kennlinien bestimmten Betriebsmodi des Getriebes treten unterschiedliche Geräuschemissionen, insbesondere beim Anfahren, auf, wobei in jedem Modus ein im Vergleich zu älteren Getriebekonzepten günstiges Geräuschverhalten gegeben ist. Dies gilt auch für Fälle, in denen das Getriebe einen Leerlaufmodus aufweist, welcher eine Fliehkraftkupplung eines herkömmlichen Antriebsstrangs ersetzt.The transmission can be controlled according to one of several characteristic curves. In particular, the relationship between engine speed and vehicle speed is determined by the characteristic curves, and a variety of influences, including the throttle valve position, can go into determining this relationship. In the operating modes of the transmission determined by the different characteristic curves, different noise emissions occur, especially when starting, with favorable noise behavior in each mode compared to older transmission concepts. This also applies to cases where the transmission has an idle mode, which replaces a centrifugal clutch of a conventional drive train.

Eine Umschaltung zwischen verschiedenen Kennlinien oder Kennfelder kann durch den Nutzer des Fahrzeugs und/oder automatisch erfolgen. Beispielsweise sind verschiedene Charakteristika unter den Begriffen Normal , Eco , das heißt verbrauchsoptimiert, und Sport, das heißt leistungsoptimiert, auswählbar. Optional sieht die Getriebesteuerung die Auswahl virtueller Getriebestufen vor.Switching between different characteristics or maps can be done by the user of the vehicle and/or automatically. For example, various characteristics can be selected under the terms Normal, Eco, i.e. consumption-optimized, and Sport, i.e. performance-optimized. The transmission control optionally provides for the selection of virtual transmission stages.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

1 u. 2 ein stufenloses Getriebe in perspektivischen Ansichten,
3 das stufenlose Getriebe in Explosionsdarstellung,
4 Komponenten der Anordnung nach 3 in vergrößerter Darstellung,
5 Komponenten eines Gewindetriebs des stufenlosen Getriebes in Explosionsdarstellung,
6 Komponenten der Anordnung nach 5 in geschnittener Darstellung,
7 Merkmale der Ansteuerung des stufenlosen Getriebes in einem Blockschaubild,
8 in einem Diagramm die Abhängigkeit zwischen Fahrzeuggeschwindigkeit und Motordrehzahl bei einem mit dem stufenlosen Getriebe ausgestatteten Fahrzeug in verschiedenen Betriebsmodi des Getriebes,
9 das stufenlose Getriebe in frontaler Ansicht,
10 hintereinander geschaltete Getriebestufen, nämlich ein Schneckengetriebe und ein Gewindetrieb, des stufenlosen Getriebes in perspektivischer Ansicht,
11 die Anordnung nach 9 in einer zweiten Einstellung,
12 die Getriebekomponenten nach 10 in der Einstellung nach 11,
13 u. 14 das stufenlose Getriebe in der Einstellung nach den 9 und 10 in Draufsicht beziehungsweise Seitenansicht,
15 u. 16 das stufenlose Getriebe in der Einstellung nach den 11 und 12 in Ansichten analog 13 beziehungsweise 14.

An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to a drawing. Herein show:

1 and . 2 a continuously variable transmission in perspective views,
3 the continuously variable transmission in an exploded view,
4 Components in order 3 in an enlarged view,
5 Components of a screw drive of the continuously variable transmission in an exploded view,
6 Components in order 5 in a sectional view,
7 Features of the control of the continuously variable transmission in a block diagram,
8th in a diagram the relationship between vehicle speed and engine speed in a vehicle equipped with the continuously variable transmission in different operating modes of the transmission,
9 the continuously variable transmission in a frontal view,
10 Gear stages connected in series, namely a worm gear and a screw drive, of the continuously variable transmission in a perspective view,
11 the arrangement 9 in a second shot,
12 the transmission components 10 in the setting 11 ,
13 u . 14 the continuously variable transmission in the setting according to the 9 and 10 in top view or side view,
15 u . 16 the continuously variable transmission in the setting according to the 11 and 12 in views analogous 13 or 14.

Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes stufenloses Getriebe, welches allgemein auch als CVT-Getriebe bezeichnet wird, ist für die Verwendung in einem motorisierten Zweirad, insbesondere einem Motorroller, vorgesehen. Das Zweirad wird verbrennungsmotorisch durch einen ein- oder mehrzylindrigen Zweitakt- oder Viertaktmotor angetrieben. Alternativ kann das Zweirad einen Hybridantrieb, das heißt eine Kombination aus verbrennungsmotorischem und elektromotorischem Antrieb, aufweisen. Hinsichtlich des prinzipiellen Aufbaus und der Funktion des stufenlosen Getriebes 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.A continuously variable transmission, identified overall by the reference number 1, which is also generally referred to as a CVT transmission, is intended for use in a motorized two-wheeler, in particular a motor scooter. The two-wheeler is powered by a single or multi-cylinder two-stroke or four-stroke engine. Alternatively, the two-wheeler can have a hybrid drive, that is, a combination of combustion engine and electric motor drive. With regard to the basic structure and function of the continuously variable transmission 1, reference is made to the prior art cited at the beginning.

Zur Variation des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes 1 weist dieses einen Variator 2 auf, welcher ein vorderes, aktiv verstellbares Kegelscheibenpaar 3 umfasst. Zwischen den mit 4, 5 bezeichneten Kegelscheiben des Kegelscheibenpaars 3 läuft ein Riemen als Zugmittel 8. Die außen, im vorliegenden Fall an der linken Fahrzeugseite angeordnete Kegelscheibe 5 ist mit einer Außenverzahnung 7 versehen. Ferner sind an der Kegelscheibe 5 Rippen 6 angebracht. Die gemeinsame Mittelachse der Kegelscheiben 4, 5, das heißt des vorderen Kegelscheibenpaars 3, ist in Querrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet.To vary the transmission ratio of the transmission 1, it has a variator 2, which includes a front, actively adjustable pair of conical disks 3. A belt as a traction means 8 runs between the conical pulleys 4, 5 of the conical pulley pair 3. The conical pulley 5, which is arranged on the outside, in the present case on the left side of the vehicle, is provided with external teeth 7. Furthermore, 5 ribs 6 are attached to the conical disk. The common central axis of the conical disks 4, 5, that is to say the front pair of conical disks 3, is aligned in the transverse direction of the vehicle.

Zusätzlich zum vorderen Kegelscheibenpaar 3 existiert ein hinteres, auf Höhe des Hinterrades angeordnetes Kegelscheibenpaar 9, welches lediglich passiv verstellbar ist und sich damit der Einstellung des vorderen Kegelscheibenpaars 3 anpasst. Das hintere Kegelscheibenpaar 9 ist aus zwei Kegelscheiben 10, 11 gebildet, wobei sich auf der Seite der äußeren Kegelscheibe 11, das heißt im vorliegenden Fall auf der linken Fahrzeugseite, ein Gehäuse 12 befindet, in welchem eine Anpressmechanik 13 angeordnet ist, die unter Nutzung der Kraft einer Schraubenfeder 30 für die gewünschte Axialkraft zwischen den Kegelscheiben 10, 11 sorgt. Der Variator 2 stellt in jedem Betriebszustand des Getriebes 1 zusammen mit der passiven Anpressmechanik 13 sicher, dass der Riemen 8, sobald er das Fahrzeug antreiben soll, mit der erforderlichen Spannung um die beiden Kegelscheibenpaare 3, 9 läuft.In addition to the front pair of conical disks 3, there is a rear pair of conical disks 9 arranged at the level of the rear wheel, which is only passively adjustable and thus adapts to the setting of the front pair of conical disks 3. The rear pair of conical discs 9 is formed from two conical discs 10, 11, with a housing 12 being located on the side of the outer conical disc 11, that is to say in the present case on the left side of the vehicle, in which a pressing mechanism 13 is arranged, which uses the Force of a coil spring 30 ensures the desired axial force between the conical disks 10, 11. In every operating state of the transmission 1, the variator 2, together with the passive pressure mechanism 13, ensures that the belt 8 runs with the required tension around the two pairs of conical pulleys 3, 9 as soon as it is supposed to drive the vehicle.

Dem Variator 2 ist elektromechanischer Aktuator 14 zur Verstellung des Kegelscheibenpaars 3 und damit zur Einstellung eines wirksamen Radius der Kegelscheiben 4, 5 zuzurechnen. Die Verstellrichtung des Aktuators 14 ist mit VR angegeben. Teil des Aktuators 14 ist ein Elektromotor 15, dessen Längsachse im vorliegenden Fall in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet ist. Durch den Elektromotor 15 wird eine zweistufige, insgesamt mit 16 bezeichnete Getriebeanordnung betätigt.The variator 2 includes an electromechanical actuator 14 for adjusting the pair of conical disks 3 and thus for setting an effective radius of the conical disks 4, 5. The adjustment direction of the actuator 14 is indicated by VR. Part of the actuator 14 is an electric motor 15, the longitudinal axis of which is aligned in the longitudinal direction of the vehicle in the present case. A two-stage gear arrangement, designated overall by 16, is actuated by the electric motor 15.

Die erste Getriebestufe liegt als Schneckengetriebe 17 vor. Als Eingangselement des Schneckengetriebes 17 existiert eine Gewindespindel 18, welche mit der Motorwelle des Elektromotors 15 drehfest verbunden ist. Die Gewindespindel 18 ist mit Hilfe von Lagern 29, bei welchen es sich um Gleitlager oder um Wälzlager, insbesondere Kugellager, handeln kann, gelagert.The first gear stage is in the form of a worm gear 17. As an input element of the worm gear 17 there is a threaded spindle 18, which is connected in a rotationally fixed manner to the motor shaft of the electric motor 15. The threaded spindle 18 is mounted with the aid of bearings 29, which can be plain bearings or rolling bearings, in particular ball bearings.

Das Ausgangselement des Schneckengetriebes 17 liegt in Form eines im vorliegenden Fall einteiligen Zahnradsegments 19 vor. Das Zahnradsegment 19 ist um die gemeinsame Rotationsachse der beiden Kegelscheiben 4, 5 schwenkbar. Ein Ring 20, welcher einen integralen Bestandteil des Zahnradsegments 19 darstellt, ist konzentrisch zur genannten Rotationsachse angeordnet. Eine ebenfalls konzentrisch zur Rotationsachse der Kegelscheiben 4, 5 angeordnete Welle ist mit 21 bezeichnet.The output element of the worm gear 17 is in the form of a one-piece gear segment 19 in the present case. The gear segment 19 can be pivoted about the common axis of rotation of the two conical disks 4, 5. A ring 20, which represents an integral part of the gear segment 19, is arranged concentrically to the axis of rotation mentioned. A shaft which is also arranged concentrically to the axis of rotation of the conical disks 4, 5 is designated 21.

Im Ring 20 ist eine innenverzahnte Hülse 26 gehalten, insbesondere eingepresst, die die Funktion einer verdrehbaren, nicht verschiebbaren Spindelmutter eines insgesamt mit 42 bezeichneten Gewindetriebs hat. Die in Gewindeform vorliegende Innenverzahnung der Hülse 26 wirkt direkt zusammen mit einer Außenverzahnung einer verschiebbaren Hülse 27, welche als zugehörige Gewindespindel des Gewindetriebs 42 fungiert. An einer Stirnseite der Hülse 27 ist ein Lagerungsabschnitt 28 mit vergrößertem Durchmesser ausgebildet. Ein in den Lagerungsabschnitt 28 eingesetztes Radiallager ist mit 31 bezeichnet. Der in diesem Fall gewählte Begriff Radiallager schließt nicht aus, dass durch dieses Lager 31 auch Axialkräfte übertragen werden können. An internally toothed sleeve 26 is held in the ring 20, in particular pressed in, which has the function of a rotatable, non-displaceable spindle nut of a screw drive designated overall by 42. The internal toothing of the sleeve 26, which is in thread form, works directly together with an external toothing of a displaceable sleeve 27, which functions as the associated threaded spindle of the threaded drive 42. A bearing section 28 with an enlarged diameter is formed on one end face of the sleeve 27. A radial bearing inserted into the storage section 28 is designated 31. The term radial bearing chosen in this case does not exclude the possibility that axial forces can also be transmitted through this bearing 31.

Eine Verschwenkung des Zahnradsegments 19 bewirkt nicht nur eine Verschiebung der Hülse 27, sondern auch deren Verdrehung. Verantwortlich hierfür ist ein drehfest angeordnetes, verzahntes Ringelement 22, welches in die verschiebbare Hülse 27 eingreift und mit einer in Schraubenform gewundenen Innenverzahnung dieser Hülse 27 zusammenwirkt. Das verzahnte Ringelement 22 weist auf seiner dem Kegelscheibenpaar 3 abgewandten Stirnseite einen Anschlussflansch 25 auf. Zur Befestigung des Anschlussflansches 25 an einem Umgebungsbauteil sind Schrauben 23 vorgesehen. Eine Hülse, welche zwischen die Welle 21 und das Ringelement 22 eingesetzt ist, ist mit 24 bezeichnet.A pivoting of the gear segment 19 not only causes a displacement of the sleeve 27, but also its rotation. Responsible for this is a rotationally fixed, toothed ring element 22, which engages in the displaceable sleeve 27 and interacts with a screw-shaped internal toothing of this sleeve 27. The toothed ring element 22 has a connecting flange 25 on its end face facing away from the pair of conical disks 3. Screws 23 are provided to fasten the connecting flange 25 to a surrounding component. A sleeve, which inserted between the shaft 21 and the ring element 22 is designated 24.

Lägen an der Außenumfangsfläche des Ringelements 22 sowie an der Innenumfangsfläche der verschiebbaren Hülse 27 Längsrillen und -stege vor, so wäre damit eine Verdrehsicherung der Hülse 27 gegeben. Im Ausführungsbeispiel ist eine solche Verdrehsicherung durch die außenseitigen beziehungsweise innenseitigen Schraubenstrukturen der Elemente 22, 27 ersetzt. Dies hat den Effekt einer Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Gewindetriebs 42 im Vergleich zu einem Gewindetrieb mit ausschließlich verschiebbarem Abtriebselement. Aufgrund der Entkopplung zwischen der Rotation der Hülse 27 einerseits und der Rotation des Kegelscheibenpaars 3 andererseits ist die Verdrehung der Hülse 27, welche mit ihrer Verschiebung zwangsläufig einhergeht, hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Gewindetriebs 42, das heißt der Umsetzung einer Rotation in eine Linearbewegung, ohne Belang. Anders ausgedrückt: Die Verdrehung der Hülse 27 um ihre eigene Achse wird nicht zur Einleitung eines Moments in irgendein anderes Element der Getriebeanordnung 16 genutzt.If there were longitudinal grooves and webs on the outer circumferential surface of the ring element 22 and on the inner circumferential surface of the displaceable sleeve 27, the sleeve 27 would be secured against rotation. In the exemplary embodiment, such an anti-twist device is replaced by the outside or inside screw structures of the elements 22, 27. This has the effect of changing the gear ratio of the screw drive 42 compared to a screw drive with an exclusively displaceable output element. Due to the decoupling between the rotation of the sleeve 27 on the one hand and the rotation of the pair of conical disks 3 on the other hand, the rotation of the sleeve 27, which inevitably accompanies its displacement, is not necessary with regard to the basic function of the screw drive 42, that is to say the conversion of a rotation into a linear movement concern. In other words: The rotation of the sleeve 27 about its own axis is not used to introduce a torque into any other element of the gear arrangement 16.

Die Ansteuerung des stufenlosen Getriebes 1 wird im Folgenden anhand 7 näher erläutert. Hierin bezeichnet 32 eine Batterie, im vorliegenden Fall eine 12 V Batterie, des Fahrzeugs, das heißt Motorrollers oder Motorrads, welches mit dem stufenlosen Getriebe 1 ausgestattet ist. Über einen Datenbus 38, zum Beispiel CAN-Bus, sind unter anderem verschiedene Sensoren und Schalter 33, 34, 35, 36 mit einer Steuereinheit 37 verknüpft. Im Einzelnen handelt es sich um einen Sensor 33, mit welchen die Stellung eines Gasgriffs oder einer Drosselklappe erfasst wird, um einen Sensor 34, welcher die Stellung eines Bremshebels erfasst, einen Sensor 35 am Zündschalter, und einen Sensor 36, welcher die Gemisch-Aufbereitung, insbesondere Einspritzung, betrifft. Weiterhin sind Sensoren 39, 40, 41 mit der Steuereinheit 37 verknüpft. Der Sensor 39 erfasst die Drehzahl des vorderen, antreibenden Kegelscheibenpaars 3, wogegen der Sensor 40 die Drehzahl des hinteren, angetriebenen Kegelscheibenpaars 9 detektiert. Mit dem Sensor 41 wird die Einstellung des verstellbaren Kegelscheibenpaars 3, das heißt der Abstand zwischen den Kegelscheiben 4, 5, erfasst.The control of the continuously variable transmission 1 is described below 7 explained in more detail. Herein, 32 denotes a battery, in the present case a 12 V battery, of the vehicle, that is, a scooter or motorcycle, which is equipped with the continuously variable transmission 1. Various sensors and switches 33, 34, 35, 36, among other things, are linked to a control unit 37 via a data bus 38, for example CAN bus. Specifically, it is a sensor 33, with which the position of a gas handle or a throttle valve is detected, a sensor 34, which detects the position of a brake lever, a sensor 35 on the ignition switch, and a sensor 36, which controls the mixture preparation , especially injection. Furthermore, sensors 39, 40, 41 are linked to the control unit 37. The sensor 39 detects the speed of the front, driving pair of conical pulleys 3, whereas the sensor 40 detects the speed of the rear, driven pair of conical pulleys 9. The sensor 41 detects the setting of the adjustable pair of conical disks 3, that is, the distance between the conical disks 4, 5.

Eigenschaften verschiedener Betriebsmodi des stufenloses Getriebes 1 gehen aus 8 hervor. Hierin bezeichnet v die Fahrzeuggeschwindigkeit und n die Drehzahl des Verbrennungsmotors, welcher das Fahrzeug über das Getriebe 1 antreibt. Die Kennlinie K1 ist in einem Basis-Modus der Getriebesteuerung gegeben. Wie aus 8 hervorgeht, werden hierbei Schaltvorgänge des Getriebes 1, ähnlich wie bei einem automatisierten oder manuellen Schaltgetriebe, simuliert. In einem zweiten Modus, für welchen die Kennlinie K2 gilt, ist die Steuerung des Getriebes 1 auf geringen Kraftstoffverbrauch ausgelegt. In weiten Bereichen liegt die Drehzahl n hierbei deutlich unter der Drehzahl n, welche gemäß der ersten Kennlinie K1 gegeben ist. Umgekehrt sind gemäß einer dritten Kennlinie K3, welche einen Sport-Modus repräsentiert, nahezu im gesamten Geschwindigkeitsbereich höhere Drehzahlen n als im Basis-Modus K1 gegeben.Characteristics of different operating modes of the continuously variable transmission 1 go out 8th out. Here, v denotes the vehicle speed and n the speed of the internal combustion engine, which drives the vehicle via the transmission 1. The characteristic curve K1 is given in a basic mode of the transmission control. How out 8th As can be seen, switching processes of the transmission 1 are simulated, similar to an automated or manual transmission. In a second mode, for which the characteristic curve K2 applies, the control of the transmission 1 is designed for low fuel consumption. In wide ranges, the speed n is significantly below the speed n, which is given according to the first characteristic curve K1. Conversely, according to a third characteristic curve K3, which represents a sport mode, there are higher speeds n than in the basic mode K1 in almost the entire speed range.

Was das Anfahren des Fahrzeugs, welches mit dem stufenlosen Getriebe 1 ausgerüstet ist, betrifft, existiert eine Einstellung des vorderen Kegelscheibenpaars 3, in welcher die Kegelscheiben 4, 5 soweit voneinander beabstandet sind, dass der Riemen 8 nicht mitgenommen wird. Dies gilt für die Betriebsmodi nach sämtlichen Kennlinien K1, K2, K3. Durch die Steuereinheit 37 kann ein automatischer Wechsel zwischen den Kennlinien K1, K2, K3, je nach Fahrstil, vorgesehen sein. Alternativ ist ein Wechsel zwischen den Kennlinien K1, K2, K3 durch Benutzereingabe möglich. In allen Fällen trägt die aktive, elektromechanische Verstellung des Kegelscheibenpaars 3 maßgeblich zu einem wirtschaftlichen und verschleißarmen, weitestgehend schlupffreien Betrieb des stufenlosen Getriebes 1 bei.As far as starting the vehicle, which is equipped with the continuously variable transmission 1, there is a setting of the front pair of conical pulleys 3, in which the conical pulleys 4, 5 are spaced so far apart that the belt 8 is not taken along. This applies to the operating modes according to all characteristics K1, K2, K3. The control unit 37 can provide an automatic change between the characteristics K1, K2, K3, depending on the driving style. Alternatively, a change between the characteristics K1, K2, K3 is possible through user input. In all cases, the active, electromechanical adjustment of the pair of conical pulleys 3 contributes significantly to economical, low-wear, largely slip-free operation of the continuously variable transmission 1.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11: stufenloses Getriebecontinuously variable transmission
22: Variatorvariator
33: vorderes, aktiv verstellbares Kegelscheibenpaarfront, actively adjustable pair of conical pulleys
44: Kegelscheibecone washer
55: Kegelscheibecone washer
66: Ripperib
77: AußenverzahnungExternal gearing
88th: Zugmittel, RiemenTraction device, straps
99: hinteres, passiv verstellbares KegelscheibenpaarRear, passively adjustable pair of conical pulleys
1010: Kegelscheibecone washer
1111: Kegelscheibecone washer
1212: GehäuseHousing
1313: AnpressmechanikPress mechanism
1414: Aktuatoractuator
1515: ElektromotorElectric motor
1616: GetriebeanordnungGear arrangement
1717: Schneckengetriebe, erste GetriebestufeWorm gear, first gear stage
1818: Gewindespindelthreaded spindle
1919: ZahnradsegmentGear segment
2020: Ring des ZahnradsegmentsRing of the gear segment
2121: WelleWave
2222: verzahntes Ringelement, nicht drehbartoothed ring element, not rotatable
2323: Schraubescrew
2424: Hülsesleeve
2525: Anschlussflansch des RingelementsConnection flange of the ring element
2626: Hülse, innenverzahntSleeve, internally toothed
2727: Hülse, verschiebbarSleeve, movable
2828: Lagerungsabschnitt der Hülse 27Storage section of the sleeve 27
2929: Lagercamp
3030: SchraubenfederCoil spring
3131: RadiallagerRadial bearing
3232: Batteriebattery
3333: Gasgriff-SensorThrottle grip sensor
3434: Bremshebel-SensorBrake lever sensor
3535: ZündschalterIgnition switch
3636: Gemisch-Aufbereitungs-SignalgeberMixture preparation signal generator
3737: SteuereinheitControl unit
3838: DatenbusData bus
3939: Sensor, antriebsseitigSensor, drive side
4040: Sensor, abtriebsseitigSensor, output side
4141: Riemenpositions-SensorBelt position sensor
4242: Gewindetrieb Screw drive
K1, K2, K3K1, K2, K3: KennlinienCharacteristic curves
nn: Drehzahlnumber of revolutions
vv: Geschwindigkeitspeed
VRVR: VerstellrichtungAdjustment direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19946336 A1 [0002]
EP 3387295 B1 [0003]
US 11320023 B2 [0003]
US 11326244 B2 [0004]
DE 10222520 A1 [0005]
DE 102006044543 A1 [0006]
DE 102005006157 B4 [0006]
EP 1743107 B1 [0007]
EP 1413802 B1 [0008]

Claims

Continuously variable transmission (1), comprising a variator (2) with two mutually displaceable conical disks (4, 5) which can be rotated about a common axis of rotation, an electromechanical actuator (14) being assigned to the variator (2), characterized in that the actuator (14) comprises a two-stage gear arrangement (16), the first gear stage (17) of which is designed as a worm gear and the second gear stage of which is designed as a screw drive (42).

Gearbox (1) after Claim 1 , characterized in that the two-stage gear arrangement (16) comprises a gear segment (19) which can be pivoted about the common axis of rotation of the mutually displaceable conical disks (4, 5), which serves as an output element of the first gear stage (17) and at the same time as a drive element of the second gear stage (42 ) is provided.

Gearbox (1) after Claim 2 , characterized in that the gear segment (19) can be rotated through an angle of at least 30° and a maximum of 180° around the common axis of rotation of the conical disks (4, 5).

Gearbox (1) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the screw drive (42) is designed as a simple movement thread.

Gearbox (1) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the screw drive (42) is designed as a roller screw drive.

Gearbox (1) according to one of the Claims 2 until 5 , characterized in that the gear segment (19) is connected in a rotationally fixed manner to an internally toothed ring (26), which functions as a spindle nut of the screw drive (42).

Gearbox (1) after Claim 6 , characterized in that the screw drive (42) comprises an output-side, sleeve-shaped gear element (27), which functions as a displaceable threaded spindle that varies the distance between the conical disks (4, 5) and is additionally internally toothed with a pitch, the sleeve-shaped gear element (27) interacts with a rotationally fixed, externally toothed element (22) in such a way that a displacement of the sleeve-shaped gear element (27) is accompanied by a rotation of the same gear element (27).

Gearbox (1) according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that it is designed as a belt drive of a two-wheeler.

Method for the electromechanical adjustment of a continuously variable transmission (1), which is designed as a belt transmission, a first rotation caused by an electric motor (15) being converted into a second rotation by means of a first gear stage (17) and by means of one of the first gear stage (17 ) downstream screw drive (42), the central axis of which coincides with the common axis of rotation of an adjustable pair of conical disks (3) of the gearbox (1), the second rotation is converted into a linear actuating movement that changes the gear ratio of the gearbox (1).

Procedure according to Claim 9 , characterized in that the adjustment of the transmission (1) takes place according to one of several selectable speed/speed characteristics (K1, K2, K3).