DE10226861B4

DE10226861B4 - Stufenlos regelbares Umschlingungsgetriebe

Info

Publication number: DE10226861B4
Application number: DE10226861A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Diosi Gabor; Dipl.-Ing. Kamm Michael
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2002-06-15
Filing date: 2002-06-15
Publication date: 2012-11-08
Anticipated expiration: 2022-06-16
Also published as: US7014583B2; DE10226861A1; US20030232676A1

Abstract

Stufenlos regelbares Umschlingungsgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei welchem ein Umschlingungsmittel (4) zwischen zwei Paaren von Kegelscheiben (2, 3, 6, 7) umläuft, welche auf einer Antriebswelle (1) und einer Abtriebswelle (5) angeordneten sind und von welchen jeweils eine als Festscheibe (2, 6) und eine andere als axial verschiebbare Stellscheibe (3, 7) ausgebildet ist und welche jeweils mit kegeligen Reibflächen (25 bis 28) ausgebildet sind und welche jeweils über eine Anpresseinrichtung (9, 10) zur axialen Verschiebung der Stellscheiben (3, 7) verfügen wobei die Anpresseinrichtung (9) mittels mindestens einer Feder (13) im drucklosen Zustand des Getriebes einen Grundanpressdruck auf die Stellscheibe (3) der Antriebswelle (1) sicherstellt, wobei die Feder (13) in einem eingefederten Zustand einen ersten Druckkolben (14) mit einem wellenfesten Zylinder (11) verspannt, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder als Tellerfeder ausgebildet ist, welche außerhalb eines ersten Druckraumes (19) angeordnet ist, und dass der Hub der Tellerfeder (13) durch einen Sprengring (18) so...

Description

Die Erfindung betrifft stufenlos regelbares Umschlingungsgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Solche Umschlingungsgetriebe sind allgemein bekannt. Üblicherweise weisen stufenlose Umschlingungsgetriebe einen Variator zur Übersetzungsverstellung auf, der ein erstes Kegelscheibenpaar auf einer Antriebswelle und ein zweites Kegelscheibenpaar auf einer Abtriebswelle und ein zwischen den Kegelscheibenpaaren laufendes Umschlingungsmittel umfasst. Jedes Kegelscheibenpaar besteht aus einer in Axialrichtung feststehenden ersten Scheibe (Festscheibe) und einer in Axialrichtung verschiebbaren zweiten Kegelscheibe (Stellscheibe). Üblicherweise wird die Antriebswelle des Variators als Primärwelle bezeichnet und das erste Kegelscheibenpaar entsprechend als Primärscheibenpaar. Analog dazu wird die Abtriebswelle des Variators üblicherweise als Sekundärwelle bezeichnet und das zweite Kegelscheibenpaar als Sekundärscheibenpaar. Die axiale Verstellung der Primärscheiben bzw. Sekundärscheiben und damit die Verstellung der Übersetzung erfolgt durch ein Druckmedium. Üblicherweise wird das Druckmedium über Kanäle zu einem oder mehreren Druckräumen der Primär- bzw. Sekundärscheibe geleitet, wobei drurch eine Druckmittelpumpe der notwendige Öldruck zur Verfügung gestellt wird.
Die Druckversorgung des gesamten Getriebes wird meist über eine Druckmittelpumpe ermöglicht, welche direkt an die Antriebsdrehzahl gekoppelt ist. Das geförderte Ölvolumen hängt also direkt von der Antriebsdrehzahl ab. Wenn nun die Antriebsdrehzahl bis auf Null sinkt, wird das Getriebe nicht mehr mit Öl versorgt und es stellt sich ein sogenannter druckloser Zustand ein. In diesem Zustand wird üblicherweise die maximale Übersetzung des Getriebes eingestellt. Dabei stehen die Primärscheiben so weit wie möglich auseinander und das Umschlingungsmittel liegt primärseitig auf dem kleinstmöglichen Reibradius auf. Analog dazu ist der Reibradius des Umschlingungsmittels auf der Abtriebswelle, welcher durch die Sekundärscheiben vorgegeben wird, maximal. Wenn nun in diesem Zustand das Kraftfahrzeug abgeschleppt werden soll, können schwerwiegendes Probleme auftreten:
Die Antriebsräder des Fahrzeuges leiten ein Moment in das Getriebe ein, welches sich im drucklosen Zustand befindet. Dieses Moment wird über die Abtriebswelle und das Umschlingungsmittel auf die Antriebswelle übertragen. Da sich im drucklosen Zustand ein minimaler Reibradius auf der Antriebsseite einstellt, dementsprechend ein maximaler Reibradius auf der Abtriebswelle, muss die Antriebswelle sehr stark beschleunigen. Da im drucklosen Zustand aber auch die Anpresskraft der primärseitigen Kegelscheiben minimal ist, kann es bei diesem starken Beschleunigen zu einem Durchrutschen des Umschlingungsmittels auf den Primärscheiben kommen, wodurch diese stark beschädigt werden.
Weiterhin kann es durch das Abschleppen dazu kommen, dass auch eine Kupplung, die mit der Antriebswelle verbunden ist, sehr stark beschleunigt wird, auch wenn der Fahrzeugmotor still steht. Wenn dann eine bestimmte Grenzdrehzahl überschritten wird, kann es zu einem ungewollten Schließen der Kupplung durch den dann auftretenden Rotationsdruck in der Kupplungsanordnung kommen. Durch das dann aufkommende Schleppmoment kann es zu einer Überhitzung der Kupplung und deren Schädigung führen.
Aus dem Dokument US 3,052,132 ist ein gattungsgemäßes stufenlos regelbares Umschlingungsgetriebe bekannt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein stufenlos regelbares Umschlingungsgetriebe zu entwickeln, bei welchem die oben beschriebenen Probleme gelöst werden.
Die Aufgabe wird durch ein Getriebe gelöst, welches neben den Merkmalen des Oberbegriffs auch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruches aufweist.
Erfindungsgemäß werden die oben genannten Probleme damit gelöst, dass mit einer Federvorrichtung der Druckkolben der Stellscheibe der Antriebswelle mit einer Federkraft beaufschlagt wird, wodurch die Stellscheibe im drucklosen Zustand des Getriebes axial in Richtung zur Festscheibe hin verschoben wird. Damit vergrößert sich der Anpressdruck der Kegelscheiben auf das Umschlingungsmittel und ein Durchrutschen des Umschlingungsmittels beim Abschleppen wird vermieden. Zudem bewegen sich die Primärscheiben in axialer Richtung aufeinander zu, wodurch sich der Reibradius des Umschlingungsmittels auf den Primärscheiben erhöht und die Übersetzung verringert. Hierbei wirkt die Federkraft nur im drucklosen Zustand des Getriebes und beeinflusst die Regelung des Variators im normalen Fahrbetrieb also nicht. Ausserdem wird die Anzahl der Arbeitshübe der Federeinrichtung minimiert, was sich positiv auf deren Lebensdauer auswirkt.
Dabei ist ein Sprengring so eingebaut, dass mit einfachen Mitteln eine Hubbegrenzung der Tellerfeder ermöglicht wird. Mit dieser Hubbegrenzung kann der Federweg der Tellerfeder an verschiedene Ausführungsarten von Variatoren angepasst werden. Ausserdem wird durch die Hubbegrenzung die Lebensdauer der Tellerfeder wesentlich verbessert.
Eine erste vorteilhafte Ausführung wird durch mindestens eine Tellerfeder realisiert, welche außerhalb eines ersten Druckraumes einer Anpressvorrichtung der Stellscheibe der Primärseite angebracht ist. Diese Tellerfeder verspannt einen ersten Druckkolben mit einem wellenfesten Zylinder und ist vorteilhafter Weise in einem zylindrischen Teil des ersten Druckkolbens zentriert. Dadurch wird im drucklosen Zustand der Druckkolben axial von dem Zylinder weg in Richtung der Festscheibe gepresst. Die Stellscheibe verschiebt sich somit und erhöht den Anpressdruck auf das Umschlingungsmittel und ebenso den Reibradius des Umschlingungsmittels.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung beinhaltet eine zweite Tellerfeder, welche ebenso wie die erste Tellerfeder in einem zylindrischen Teil des Druckkolbens zentriert ist. Diese zweite Tellerfeder verspannt sich zwischen der ersten Tellerfeder und dem wellenfesten Zylinder. Die erste Tellerfeder verspannt sich zwischen der zweiten Tellerfeder und der Außenseite des Druckkolbens. Durch diese zweite Tellerfeder wird die Federkraft auf den Druckkolben wie auch der Federweg ohne großen Aufwand erhöht.
Bei beiden Ausführungen können in weiteren vorteilhaften Anordnungen die erste wie auch die zweite Tellerfeder an ihrer radial inneren Seite zentriert werden.
Im druckbeaufschlagtem Zustand des Getriebes wird die Tellerfeder permanent in ihrem maximalen eingefederten Zustand gehalten. Damit beeinflusst sie die Regelung des Variators im normalen Fahrbetrieb nicht. Außerdem wird dadurch die Anzahl der Arbeitshübe der Feder verringert, was sich positiv auf deren Lebensdauer auswirkt.
Den Abbildungen sind vorteilhafte Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
Es zeigen:
1 erfindungswesentliche Teile eines stufenlosen Umschlingungsgetriebes;
2 eine erste Federanordnung und
3 eine zweite Federanordnung.
1 zeigt eine Ansicht der erfindungswesentlichen Teile eines stufenlosen Umschlingungsgetriebes. Eine erste Antriebswelle 1 trägt die Primärscheiben 2, 3, welche mit kegeligen Reibflächen 25, 26 ausgebildet sind. Hier ist eine der Scheiben als an die Welle fest angebundene Festscheibe 2 und eine als eine axial verschiebbare Stellscheibe 3 ausgeführt. Zwischen den Primärscheiben 2, 3 liegt das Umschlingungsmittel 4, welches im Fahrbetrieb das Drehmoment der Antriebswelle 1 auf die Abtriebswelle 5 überträgt. Auf der Abtriebswelle 5 sind die Sekundärscheiben 6, 7 gelagert, welche auch mit kegeligen Reibflächen ausgebildet sind. Mit der Antriebswelle 1 fest verbunden ist eine erste Kupplung 8. Neben den Stellscheiben sind die Anpressvorrichtungen 9, 10 verdeckt dargestellt.
2 zeigt eine detaillierte Ansicht einer vorteilhaften Federanordnung. Auf einer Antriebswelle 1 sitzt eine axial verschiebbare Kegelscheibe, die sogenannte Stellscheiben 3. Zudem ist auf der Antriebswelle 1 ein wellenfester Zylinder 11 befestigt. Mit dem der Stellscheibe 3 zugewandten Seite des Zylinders 12 wird eine Tellerfeder 13 gegen einen ersten Druckkolben 14 gepresst. Die Tellerfeder 13 wird an ihrer radial äußeren Seite 15 durch den zylindrischen Teil des Druckkolbens 16 zentriert und drückt zudem mit dem radial äußeren Rand 15 gegen den wellenfesten Zylinder 11. Mit dem radial inneren Rand 17 drückt die Tellerfeder 13 gegen den Druckkolbens 14. In dem zylindrischen Teil des Druckkolbens 16 ist ein Sprengring 18 eingefügt. Dieser Sprengring 18 dient als Hubbegrenzung für die Tellerfeder 13. Dadurch kann der Federhub durch ein einfaches Mittel an die Gesamtübersetzung des Getriebes angepasst werden. Der erste Druckkolben 14 bildet mit der Stellscheibe 3 einen ersten Druckraum 19. Der Zylinder 11 bildet mit einem zweiten Druckkolben 20 und der Antriebswelle 1 einen zweiten Druckraum 21.
Die Tellerfeder 13 kann in einer weiteren vorteilhaften Ausführung auch an ihrer radial inneren Seite 17 zentriert werden.
Die Tellerfeder 13 kann in einer weiteren vorteilhaften Ausführung auch umgekehrt eingebaut werden, indem sie mit ihrer radial inneren Seite 17 gegen den Zylinder 11 sowie mit der radial äußerne Seite gegen den Druckkolben 14 drückt. Dabei wird die Druckfläche des wellenfesten Zylinders 12 vorteilhafterweise nach in radialer Richtung Innen verlängert.
3 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung. Eine zweite Tellerfeder 22 ist ebenso wie die erste Tellerfeder 13 in einem zylindrischen Teil eines Druckkolbens 16 zentriert. Diese zweite Tellerfeder 22 verspannt sich zwischen der ersten Tellerfeder 13 und dem wellenfesten Zylinder 11, wobei sie mit ihrem radial äußeren Rand 30 gegen die erste Tellerfeder 13 drückt und mit ihrem radial inneren Rand 29 gegen den wellenfesten Zylinder 11. Die erste Tellerfeder 13 verspannt sich zwischen der zweiten Tellerfeder 22 und dem Druckkolben 14. Mit ihrem radial inneren Rand 17 drückt sie gegen den Druckkolben 14 und mit ihrem radial äußeren Rand 15 gegen die zweite Tellerfeder 22. Durch diese zweite Tellerfeder 22 kann die Federkraft auf den Druckkolben 14 wie auch der Federweg ohne großen Aufwand erhöht werden.
Bei dieser Ausführung kann die erste Tellerfeder 13 ebenso umgekehrt eingebaut werden, wobei sie dann mit ihrer radial inneren Seite 17 gegen eine zweite Tellerfeder 22 und mit ihrer radial äußeren Seite 15 gegen den Druckkolben 14 drückt. Dafür wird vorteilhafter Weise die zweite Tellerfeder 22 an der radial inneren Seite 29 des wellenfesten Zylinders 11 angebracht werden.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Tellerfeder 13 in einer weiteren Ausführung an ihrer radial inneren Seite zentriert werden.
Bezugszeichenliste

1: Antriebswelle
2: Festscheibe
3: Stellscheibe
4: Umschlingungsmittel
5: Abtriebswelle
6: Festscheibe
7: Stellscheibe
8: Kupplung
9: Anpressvorrichtung
10: Anpreßvorrichtung
11: Zylinder
12: Druckfläche des Zylinder
13: Tellerfeder
14: Druckkolben
15: radial äusseres Ende der Tellerfeder
16: zylindrisches Teil des Druckkolbens
17: radial inneres Ende der Tellerfedr
18: Sprengring
19: Druckraum
20: Druckkolben
21: Druckraum
22: Tellerfeder
23: Aussenrand
24: Innenrand
25: Kegelfläche
26: Kegelfläche
27: Kegelfläche
28: Kegelfläche
29: Innenrand
30: Aussenrand

Claims

Stufenlos regelbares Umschlingungsgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei welchem ein Umschlingungsmittel (4) zwischen zwei Paaren von Kegelscheiben (2, 3, 6, 7) umläuft, welche auf einer Antriebswelle (1) und einer Abtriebswelle (5) angeordneten sind und von welchen jeweils eine als Festscheibe (2, 6) und eine andere als axial verschiebbare Stellscheibe (3, 7) ausgebildet ist und welche jeweils mit kegeligen Reibflächen (25 bis 28) ausgebildet sind und welche jeweils über eine Anpresseinrichtung (9, 10) zur axialen Verschiebung der Stellscheiben (3, 7) verfügen wobei die Anpresseinrichtung (9) mittels mindestens einer Feder (13) im drucklosen Zustand des Getriebes einen Grundanpressdruck auf die Stellscheibe (3) der Antriebswelle (1) sicherstellt, wobei die Feder (13) in einem eingefederten Zustand einen ersten Druckkolben (14) mit einem wellenfesten Zylinder (11) verspannt, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder als Tellerfeder ausgebildet ist, welche außerhalb eines ersten Druckraumes (19) angeordnet ist, und dass der Hub der Tellerfeder (13) durch einen Sprengring (18) so begrenzt wird, dass sich die Übersetzung des Getriebes im drucklosen Zustand größer als iV = 1 bleibt.
Stufenlos regelbares Umschlingungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder (13) an ihrem radial äußeren Rand (15) den wellenfesten Zylinder (11) mit einer Axialkraft entgegen der Richtung zur Festscheibe (2) beaufschlagt und zudem an ihrem äußeren Rand (15) in einem zylindrischen Teil eines Druckkolbens (16) zentriert wird.
Stufenlos regelbares Umschlingungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder (13) an ihrem radial inneren Rand (17) einen Druckkolben (14) mit einer Axialkraft in Richtung zur Stellscheibe (3) beaufschlagt.
Stufenlos regelbares Umschlingungsgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder (13) im druckbeaufschlagten Zustand des Getriebes permanent in ihrem maximal eingefederten Zustand gehalten wird.
Stufenlos regelbares Umschlingungsgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Tellerfeder (13) verwendet wird, welche im zylindrischen Teil des Druckkolbens (16) zentriert ist und an ihrem radial äußerem Rand (30) eine Kraft auf die Tellerfeder 1 axial in Richtung des Druckkolbens (14), an ihrem radial inneren Rand (29) die Gegenkraft auf den wellenfesten Zylinder (11) einleitet.
Stufenlos regelbares Umschlingungsgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpresseinrichtung (9) der Stellscheibe (3) mindestens einen zweiten Druckraum (21) besitzt.