DE10312555A1

DE10312555A1 - Stufenloses Getriebe

Info

Publication number: DE10312555A1
Application number: DE2003112555
Authority: DE
Inventors: Johann Dipl.-Ing. Märkl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2003-03-21
Filing date: 2003-03-21
Publication date: 2004-10-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein stufenloses Getriebe, insbesondere ein stufenloses Geschwindigkeits-Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge, mit zwei benachbart zueinander angeordneten und drehbar in einem Gehäuse gelagerten Kegelkörpern mit gleichen Kegelwinkeln und mit einem dazwischen eingespannten, axial entlang den Kegelkörpern verschiebbaren Übertragungsring zur stufenlosen Übersetzungsänderung von dem antreibenden Kegelkörper zu dem abtreibenden Kegelkörper. Zur Reduzierung der Baulänge des stufenlösen Getriebes bei gleicher Getriebespreizung und zur Verbesserung des Wirkungsgrades sind die Kegelkörper über ihre Länge mit unterschiedlichen Kegelwinkeln versehen und weist der Übertragungsring entsprechend angepasste Kontaktflächen auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein stufenloses Getriebe, insbesondere ein stufenloses Geschwindigkeits-Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bei derartigen stufenlosen Getrieben, auch als Kegelringgetriebe bekannt, bestimmt sich der den Übersetzungsbereich definierende Kegelwinkel der Kegelkörper aus einem Kompromiss zwischen der zur Verfügung stehenden Baulänge, den vertretbaren Lagerbelastungen, der benötigten Getriebespreizung, etc. Ein geringerer Kegelwinkel reduziert die auf die Getriebelager wirkenden Axialkräfte und erhöht den Getriebewirkungsgrad, jedoch nimmt die Baulänge des Getriebes bei gegebener Spreizung entsprechend zu.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein stufenloses Getriebe der gattungsgemäßen Art aufzuzeigen, mit dem die genannten Parameter wie Lagerbelastungen, Baulänge, etc. besser beherrschbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschreiben die weiteren Patentansprüche.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Kegelkörper über ihre Länge unterschiedliche Kegelwinkel aufweisen und dass der Übertra gungsring (auch Kegelring genannt) mit entsprechend angepassten Kontaktflächen versehen ist. Daraus resultiert, dass Übersetzungsbereichen mit hoher Drehmomentanforderung und/oder häufigeren Betriebszeiten geringere Kegelwinkel zugeordnet werden als anderen Übersetzungsbereichen, die vermehrt dynamisch durchfahren werden und erfindungsgemäß einen größeren Kegelwinkel besitzen. Es gelingt somit, bei einer verkürzten Baulänge des Getriebes und angepasst an die Betriebsanforderungen die Lagerbelastungen zu vermindern und dementsprechend den Wirkungsgrad des Getriebes zu erhöhen.

Besonders vorteilhaft können die Kegelkörper im Bereich ihrer Anfangsübersetzung und/oder im Bereich ihrer Endübersetzung einen geringeren Kegelwinkel als in einem mittleren Übersetzungsbereich aufweisen. Insbesondere bei einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge können dies die Anfahrübersetzung und eine Overdrive-Übersetzung sein, bei denen besonders hohe Antriebsmomente und (im Overdrive) längere Betriebszeiten vorliegen können. Durch Vermeidung größerer Kegelwinkel in diesen Übersetzungsbereichen können ggf. niedriger tragfähige Wälzlager und geringer feste Gehäuse bei günstiger Baulänge des Getriebes verwendet werden.

Die Kegelkörper können bevorzugt mit mehreren Abschnitten unterschiedlicher Kegelwinkel versehen sein, wobei die Übergangsbereiche dieser Abschnitte kontinuierlich ausgebildet, insbesondere verwundet sind. Neben der Anfangsübersetzung und der Endübersetzung können auch die mittleren Übersetzungsbereiche durch mehrere Abschnitte unterschiedlich gestaltet sein, um noch vermehrt definierten Betriebsbelastungen des Getriebes Rechnung zu tragen.

Ferner können bevorzugt die Kontaktflächen des Übertragungsringes ballig gestaltet sein, damit in den kontinuierlichen Übergangsbereichen der unterschiedlichen Kegelwinkel Kantenträger am Kegelring vermieden sind. Die Balligkeit ist aber auf das unbedingt erforderliche Ausmaß zu begrenzen, ist also relativ geringfügig.

Des weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Übertragungsring im wesentlichen derart symetrisch ausgebildet ist, dass er jeweils senkrecht zu den Kegelwinkeln ausgerichtet umläuft. Dies erhöht die schlupffreie Drehmomentübertragung insbesondere in den Übergangsbereichen der unterschiedlichen Kegelwinkel und vermeidet unzulässigen Verschleiß am Kegelring.

Ferner kann der Übertragungsring in vorteilhafter Weise auf dem abtreibenden Kegelkörper des Getriebes angeordnet sein.

Bevorzugt weisen die Kegelkörper im Bereich der Anfangsübersetzung und/oder der Endübersetzung einen Kegelwinkel von 12 bis 14 Grad und im mittleren Bereich bei einem oder mehreren Abschnitten einen Kegelwinkel von > 15 Grad auf. Daraus resultiert ein hervorragender Kompromiss mit guten Anfahreigenschaften und günstigem Wirkungsgrad bei Overdrive-Betrieb des stufenlosen Getriebes bei verringerter Baulänge, so dass z.B. auch ein günstiger Quereinbau des Getriebes in ein Kraftfahrzeug gegeben ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher beschrieben.
Die anliegende schematische Zeichnung zeigt in:
1 ein stufenloses Geschwindigkeits-Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge mit integriertem Differenzial; und
2 einen Abschnitt der Kegelkörper und des Übertragungsringes des stufenlosen Getriebes gemäß 1 in stark schematisierter und hinsichtlich der Kegelwinkel übertriebener Darstellung.
In der 1 ist ein für den Quereinbau in ein Kraftfahrzeug konzipiertes, stufenloses Geschwindigkeits-Wechselgetriebe 10 gezeigt, mit einem stufenlosen Getriebe 12 und einem integrierten Differenzial 14. Dabei treibt eine Antriebswelle 16 das stufenlose Getriebe 12 an, während Abtriebswellen 18, 20 des Differenziales 14 zu nicht dargestellten Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges führen.
Das stufenlose Getriebe 12 setzt sich im wesentlichen aus einem antreibenden Kegelkörper 22, einem abtreibenden Kegelkörper 24 und einem dazwischen eingespanntem Übertragungsring 26 (auch Kegelring genannt) zusammen.
Der antreibende Kegelkörper 22 ist mit der Antriebswelle 16 fest verbunden, während der abtreibende Kegelkörper 24 über eine Abtriebswelle 28 und eine umschaltbare Zahnrad-Schaltstufe 30 für Vorwärts- oder Rückwärts-Fahrt des Kraftfahrzeuges in bekannter Weise das Differenzial 14 antreibt.
Der Übertragungsring 26 ist wie ersichtlich um den abtreibenden Kegelkörper 24 angeordnet und wird mittels einer drehmomentabhängigen Vorspanneinrichtung 32 zwischen den Kegelkörpern 22, 24 eingespannt, so dass in ebenfalls bekannter Weise Antriebsmoment von dem antreibenden Kegelkörper 22 auf den abtreibenden Kegelkörper 24 möglichst schlupffrei übertragbar ist.
Die genannten Wellen 16, 18, 20, 28, sowie die Kegelkörper 22, 24 sind in üblicher Weise über die dargestellten Wälzlager (ohne Bezugszeichen) in dem allgemein mit 34 bezeichneten Gehäuse des Wechselgetriebes 10 gelagert; der durch die Kegelwinkel α und die Vorspannung des Übertragungsringes 26 resultierende Axialdruck an den Kegelkörpern 22, 24 wird vornehmlich über die Kegelrollenlager 36, 38 im Gehäuse 34 abgestützt.
Die Übersetzungsänderungen des stufenlosen Getriebes 12 werden durch axiales Verschieben des Übertragungsringes 26 von einer Anfahrübersetzung (linke Endlage des Übertragungsringes 26) bis zu einer Overdrive-Übersetzung (auf der Zeichnung rechte Endstellung an den Kegelkörpern 22, 24) gesteuert, wobei diese Steuerung nicht Gegenstand der Erfindung bildet und deshalb auch nicht dargestellt ist.
In der 2 sind abschnittsweise die Kegelkörper 22, 24 stark schematisiert und hinsichtlich der Kegelwinkel α übertrieben dargestellt; gleiches gilt für den teilweise eingezeichneten Übertragungsring 26.
Dabei sind die rotationssymmetrischen Kegelkörper 22, 24 in fünf Abschnitte a, b, c, d, e eingeteilt, von denen der Abschnitt a als Bereich der Anfahrübersetzung des Wechselgetriebes 10 bzw. des stufenlosen Getriebes 12 dient und einen Kegelwinkel α von 12 Grad aufweist; der Endbereich e bildet aufgrund der gegebenen Durchmesserverhältnisse einen Overdrive – Übersetzungsbereich, der ebenfalls einen Kegelwinkel α von 12 Grad besitzt.
Die mittleren Übersetzungsbereiche bzw. Abschnitte b, c, d bilden Übergangsbereiche b, d mit einem Kegelwinkel α von 14 Grad und ei nem größeren mittleren Übersetzungsbereich c mit einem Kegelwinkel α von 17 Grad.
Die Übergänge zwischen den Abschnitten a bis e sind kontinuierlich gestaltet bzw. verrundet, um ein zügiges, schlupffreies Durchfahren der stufenlosen Übersetzungen ohne Geschwindigkeitssprünge sicherzustellen.
Dazu ist der Übertragungsring 26 im Querschnitt an seinen beidseitigen Kontaktflächen 26f, 26g geringfügig ballig gestaltet. Ferner ist der Querschnitt des Übertragungsringes 26 derart symmetrisch ausgebildet, dass dieser jeweils senkrecht zum gerade vorliegendem Kegelwinkel α umläuft (vgl. in der 2 die eingezeichnete Mittelebene 40 des Übertragungsringes 26 zum Abschnitt c der Kegelkörper 22, 24 bzw. zum entsprechenden Kegelwinkel α mit 17 Grad Neigung).
Beim Anfahren des Kraftfahrzeuges aus dem Stillstand befindet sich der Kegelring 26 in der linken Endlage auf den Abschnitten a der Kegelkörper 22, 24. In diesem Übersetzungsbereich, vergleichbar auch mit dem Endübersetzungsbereich bzw. Overdrive – Bereich e nach dem Durchfahren der stufenlosen Übersetzungen, liegt ein geringerer Kegelwinkel α als in den mittleren Übersetzungsbereichen b bis d vor. Daraus resultieren geringere Axialbelastungen der genannten Wälzlager, insbesondere der Kegelrollenlager 36, 38 und ein verbesserter Getriebewirkungsgrad. Ferner können die Kegelkörper 22, 24 bei unverändert günstiger Getriebespreizung kürzer ausgeführt sein als dies bei einem einheitlichen Kegelwinkel α der Fall wäre.

Claims

Stufenloses Getriebe, insbesondere stufenloses Geschwindigkeits-Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge, mit zwei benachbart zueinander angeordneten und drehbar in einem Gehäuse gelagerten Kegelkörpern mit gleichen Kegelwinkeln und mit einem dazwischen eingespannten, axial entlang den Kegelkörpern verschiebbaren Übertragungsring zur stufenlosen Übersetzungsänderung von dem antreibenden Kegelkörper zu dem abtreibenden Kegelkörper, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelkörper (22, 24) über ihre Länge unterschiedliche Kegelwinkel α aufweisen und dass der Übertragungsring (26) mit entsprechend angepassten Kontaktflächen (26f, 26g) versehen ist.
Stufenloses Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelkörper (22, 24) im Bereich ihrer Anfangsübersetzung (a) einen geringeren Kegelwinkel α als in einem mittleren Übersetzungsbereich (c) aufweisen.
Stufenloses Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelkörper (22, 24) im Bereich ihrer Endübersetzung (e) einen geringeren Kegelwinkel α als in einem mittleren Übersetzungsbereich (c) besitzen.
Stufenloses Getriebe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegel körper (22, 24) mit mehreren Abschnitten (a, b, c, d, e) unterschiedlicher Kegelwinkel α versehen sind und dass die Übergangsbereiche dieser Abschnitte (a, b, c, d, e) kontinuierlich ausgebildet, insbesondere verrundet sind.
Stufenloses Getriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (26f, 26g) des Übertragungsringes (26) ballig gestaltet sind.
Stufenloses Getriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungsring (26) im wesentlichen derart symetrisch ausgebildet ist, dass er jeweils senkrecht zu den Kegelwinkeln α ausgerichtet umläuft.
Stufenloses Getriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungsring (26) auf dem abtreibenden Kegelkörper (24) angeordnet sein kann.
Stufenloses Getriebe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelkörper (22, 24) im Bereich der Anfangsübersetzung (a) und/oder der Endübersetzung (e) einen Kegelwinkel α von 12 bis 14 Grad und im mittleren Bereich (c) einen oder mehrere Abschnitte mit einem Kegelwinkel von > 15 Grad aufweisen.
Stufenloses Getriebe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe (10) für Kraftfahrzeuge die Anfangsübersetzung (a) der Kegelkörper (22, 24) die Anfahrübersetzung sein kann.
Stufenloses Getriebe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe (10) für Kraftfahrzeuge die Endübersetzung (e) der Kegelkörper (22, 24) eine Overdrive Übersetzung sei kann.