DE10338271A1

DE10338271A1 - Variator für ein Toroidgetriebe

Info

Publication number: DE10338271A1
Application number: DE2003138271
Authority: DE
Inventors: Armin Dr. Flaig
Original assignee: Getrag Getriebe und Zahnradfabrik Hermann Hagenmeyer GmbH and Co
Current assignee: Magna PT BV and Co KG
Priority date: 2003-08-15
Filing date: 2003-08-15
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2023-08-16
Also published as: DE10338271B4

Abstract

Es wird vorgeschlagen ein Variator (26) für ein Toroidgetriebe (10), mit zwei Variatorscheiben (28, 30), die einen Toroidraum (32) einschließen, innerhalb dessen eine Mehrzahl von Rollen (34) angeordnet ist, die zur Drehmomentübertragung von einer Variatorscheibe auf die andere Variatorscheibe dienen und an jeweiligen Rollenträgern (50) drehbar gelagert sind, die räumlich verstellbar sind, um das Übersetzungsverhältnis des Variators (26) zu verändern, und mit einem Koppelglied (66), das mittels eines Lagers (67) drehbar um eine Variatorachse (22) gelagert ist, wobei das Koppelglied (66) mittels einer Aktuatoranordnung (36; 90) in Drehrichtung antreibbar ist und wobei an dem Koppelglied (66) eine Mehrzahl von Koppelelementen (70) gelagert ist, die mit den Rollenträgern (50) gekoppelt sind, um die Rollenträger (50) räumlich zu verstellen, wobei die Aktuatoranordnung (36; 90) dazu ausgelegt ist, das Koppelglied (66) in Drehrichtung zu bewegen, ohne dass Reaktionskräfte in dessen Lager (67) eingeleitet werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Variator für ein Toroidgetriebe, mit zwei Variatorscheiben, die einen Toroidraum einschließen, innerhalb dessen eine Mehrzahl von Rollen angeordnet ist, die zur Drehmomentübertragung von einer Variatorscheibe auf die andere Variatorscheibe dienen und an jeweiligen Rollenträgern drehbar gelagert sind, die räumlich verstellbar sind, um das Übersetzungsverhältnis des Variators zu verändern.
Auf dem Gebiet der Getriebe, insbesondere der Getriebe für Kraftfahrzeuge, besteht ein Trend hin zu stufenlosen Getrieben. Stufenlose Getriebe ermöglichen generell, den bei Kraftfahrzeugen vorgeschalteten Verbrennungsmotor unabhängig von der jeweiligen Geschwindigkeit in einem günstigen Drehzahlbereich zu betreiben. Hierdurch verbessert sich der Wirkungsgrad des durch den Verbrennungsmotor und das stufenlose Getriebe gebildeten Antriebsstranges. Ferner bieten stufenlose Getriebe einen besonders hohen Fahrkomfort.
Innerhalb der stufenlosen Getriebe haben die sog. Toroidgetriebe eine besondere Bedeutung, und zwar insbesondere auf Grund ihrer höheren Drehmomentkapazität im Vergleich zu stufenlosen Umschlingungsgetrieben (CVTs).
Innerhalb der Toroidgetriebe findet das System von Torotrak^TM besondere Beachtung (vgl. www.torotrak.com). Dieses Getriebe kommt ohne eingangsseitige Anfahrkupplung oder hydrodynamischen Drehmomentwandler aus. Es handelt sich um ein Volltoroidgetriebe, das generell nach der Art eines Vorgelegegetriebes aufgebaut ist. Der Variator sorgt für eine stufenlose Verstellung der Übersetzung. Ein Planetenradsatz dient als Summiergetriebe. Kern des Toroidgetriebes ist der Variator der eingangs genannten Art bzw. eine Anordnung aus mehreren derartigen Variatoren.
In den derzeit propagierten Getriebeentwürfen sind Kolben/Zylinderanordnungen zum räumlichen Verstellen der Rollenträger tangential zum Toroidmittenkreis und räumlich weit außerhalb des maximalen Durchmessers der Variatorscheiben (Antriebs- bzw. Abtriebsscheibe) angeordnet. Durch diese Anordnung ragen die Zylinder weit über die eigentliche Kontur des Variators hinaus, wodurch das Toroidgetriebe insgesamt in radialer Richtung groß baut (ungünstiges Package). Hierdurch lassen sich die derzeit bekannten Entwürfe von Toroidgetrieben nur schwer in die Tunnelkontur von Fahrzeugen mit Standardantrieben einpassen.

Aus der DE 103 01 160 (die einen Stand der Technik gemäß § 3 (2) des Deutschen Patengesetzes bildet), ist ein Toroidgetriebe mit mechanisch gekoppelten Rollenträgern bekannt. Bei dem dort offenbarten Variator wird eine einzige Kolben/Zylinderanordnung dazu verwendet, über mechanische Koppelmittel sämtliche Rollen des Variators gleichsinnig zu verstellen.

Die Koppelmittel weisen einen ringförmigen Tragkörper auf, an dem drei Hebel verschwenkbar gelagert sind. Die freien Enden der Hebel sind über Kugelgelenke mit drei Rollenträgern gekoppelt.

Eine Aktuatoranordnung weist eine radial außen liegende Kolben/Zylinderanordnung auf, die einen Außenring in Drehrichtung antreibt. Der Außenring ist über Verbindungselemente mit einem zentralen Koppelring verbunden. Der Koppelring wird demzufolge ebenfalls von der einzelnen Kolben/Zylinderanordnung in Drehrichtung angetrieben. An dem zentralen Koppelring sind Koppelelemente verschwenkbar gelagert, deren Enden an den Hebeln zur räumlichen Verstellung der Rollenträger angreifen.

Auf Grund des Aufbaus der in dieser älteren Patentanmeldung beschriebenen Aktuatoranordnung ist der innere Koppelring nicht kräftefrei. Durch die angreifenden Stellkräfte entstehen an dem inneren Koppelring Reaktionskräfte. Diese rufen Reibungskräfte bei der Verstellung hervor, die wiederum Wirkungsgradeinbußen hervorrufen. Weiter werden die Lagerelemente des inneren Koppelringes durch diese Kräfte zusätzlich belastet und müssen für diese Zusatzbelastung größer dimensioniert werden. Im ungünstigen Fall kann sich der innere Koppelring stark verformen. Eine Selbsthemmung ist nicht ausgeschlossen. Ferner können diese Verformungen zu Differenzen der einzelnen Rollenübersetzungen führen. Die bringt Wirkungsgradeinbußen mit sich oder führt sogar zum Versagen des Variators durch zirkulierende Leistung.

Es ist demzufolge eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Variator für ein Toroidgetriebe anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch einen Variator für ein Toroidgetriebe gelöst, mit zwei Variatorscheiben, die einen Toroidraum einschließen, innerhalb dessen eine Mehrzahl von Rollen angeordnet ist, die zur Drehmomentübertragung von einer Variatorscheibe auf die andere Variatorscheibe dienen und an jeweiligen Rollenträgern drehbar gelagert sind, die räumlich verstellbar sind, um das Übersetzungsverhältnis des Variators zu verändern, und mit einem Koppelglied, das mittels eines Lagers drehbar um eine Variatorachse gelagert ist, wobei das Koppelglied mittels einer Aktuatoranordnung in Drehrichtung antreibbar ist und wobei an dem Koppelglied eine Mehrzahl von Koppelelementen gelagert ist, die mit den Rollenträgern gekoppelt sind, um die Rollenträger räumlich zu verstellen, wobei die Aktuatoranordnung dazu ausgelegt ist, das Koppelglied in Drehrichtung anzutreiben, ohne dass Reaktionskräfte in dessen Lager eingeleitet werden.

Durch diese Maßnahme wird das Koppelelement so angetrieben, dass es im Lager "kräftefrei" ist.

Hierdurch werden Reaktionskräfte im Lager vermieden, die die Reibungskräfte bei der Verstellung erhöhen würden, was wiederum Wirkungsgradeinbußen mit sich bringen könnte. Die Elemente des Lagers werden weniger belastet. Demzufolge kann das Lager kleiner dimensioniert werden. Verformungen des Koppelgliedes werden vermieden. Weiterhin können durch das Vermeiden von Verformungen Differenzen der einzelnen Rollenübersetzungen vermieden werden.

Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Aktuatoranordnung wenigstens zwei Aktuatoren auf, die an das Koppelglied ein Kräftepaar anlegen, derart, dass keine Reaktionskräfte in das Lager des Koppelgliedes eingeleitet werden.

Ein derartiges Kräftepaar lässt sich durch zwei Aktuatoren besonders einfach erzeugen. Alternativ ist es jedoch auch möglich, einen Aktuator vorzusehen und ein solches Kräftepaar durch eine mechanische Kopplung zu erzeugen.

Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn das Kräftepaar, in Bezug auf die Variatorachse, an gegenüberliegenden Seiten des Koppelgliedes angreift.

Dies führt zu einer konstruktiv besonders günstigen Lösung.

Ferner ist es bevorzugt, wenn das Kräftepaar parallel ausgerichtet ist.

Auch dies führt zu einer vereinfachten Konstruktion.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die zwei Aktuatoren Axialaktuatoren sind.

Solche Axialaktuatoren sind vergleichsweise kostengünstig und lassen sich gut regeln.

Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die zwei Axialaktuatoren Kolben/Zylinderanordnungen sind.

Derartige Axialaktuatoren lassen sich auf vergleichsweise einfache Weise in die in der Regel ohnehin vorhandene Hydraulikschaltung des Toroidgetriebes integrieren.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Zylinder der Kolben/Zylinderanordnungen starr miteinander verbunden.

Durch diese Maßnahme können die Zylinder als Versteifungselement des Gehäuses dienen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die zwei Aktuatoren gegensinnig angesteuert.

Hierdurch lässt sich ein antiparalleles Kräftepaar auf einfache Weise erzeugen.

Insgesamt ist es auch von Vorteil, wenn das Koppelglied ein zentrales Koppelglied ist, das über Verbindungselemente mit einem Antriebsring verbunden ist, an dem die Aktuatoranordnung angreift.

Durch diese Maßnahme ist es zum einen möglich, die erforderlichen Stellkräfte mit vergleichsweise geringen Aktuatorleistungen (d.h. kleinen Aktuatoren) zu realisieren. Ferner ist die Anordnung der Aktuatoren in einem Umfangsbereich des Variators einfacher zu bewerkstelligen als in einem zentralen Bereich des Variators. Durch die zentrale Anordnung des Koppelgliedes ist eine besonders günstige Anordnung der Koppelelemente zwischen Koppelglied und den Rollenträgern möglich. Insgesamt ergibt sich eine raumsparende Anordnung.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Rollenträger über jeweilige Hebelanordnungen räumlich verstellbar und die Koppelelemente sind an die Hebelanordnungen gekoppelt.

Hierdurch lassen sich günstige Hebelanordnungen und folglich günstige Kraftübersetzungsverhältnisse realisieren.

Vorzugsweise sind die Kolben/Zylinderanordnungen in ein gemeinsames Gehäuse integriert.

Dies verringert die Teileanzahl. Ferner kann das Gehäuse als versteifendes Element für ein Gehäuse des Toroidgetriebes verwendet werden.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn das Gehäuse mehrteilig ist.

Hierdurch lassen sich die Zylinderräume der Kolben/Zylinderanordnungen konstruktiv einfach realisieren. Zudem können die Schnittstellen zwischen den Gehäuseteilen zur Bildung von Leitungen genutzt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse Leitungen zur Verbindung mit Ölräumen der Kolben/Zylinderanordnungen auf.

Hierbei ist vorteilhaft, dass es nicht notwendig ist, externe Hydraulikleitungen zur Beschaltung der Kolben/Zylinderanordnungen vorzusehen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn an dem Gehäuse nur zwei hydraulische Anschlüsse vorhanden sind, um beide Kolben/Zylinderanordnungen entweder in die eine oder die andere Richtung antiparallel zu bewegen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist den Kolben/Zylinderanordnungen jeweils eine Ventilanordnung zugeordnet, mittels der sich eine Hubbegrenzung und/oder Endlagendämpfung realisieren lässt.

Vorzugsweise kann eine derartige Ventilanordnung in das Gehäuse integriert sein.

Bei einer alternativen Ausführungsform ist die Aktuatoranordnung zentral, insbesondere koaxial zur Variatorachse, angeordnet, und das Koppelglied ist mittels eines Momentes antreibbar.

Bei dieser Ausführungsform wird ein zentrales Koppelglied über einen aktuatorischen Drehantrieb bewegt. Der aktuatorische Drehantrieb kann ein hydraulischer Drehantrieb sein. Er kann jedoch auch beispielsweise mittels eines Elektromotors o.ä. realisiert werden.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Toroidgetriebes;
2 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Variators;
3 eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Variators;
4 eine perspektivische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Variators;
5 eine perspektivische Ansicht des Variators der 4 von der gegenüberliegenden Seite;
6 eine Schnittansicht einer Hydraulikanordnung für den Variator der 4 und 5; und
7 eine Schnittansicht durch einen Teil einer abgewandelten Hydraulikanordnung.
In 1 ist ein schematisch dargestelltes Toroidgetriebe generell mit 10 bezeichnet.
Das Toroidgetriebe 10 weist eine Getriebeeingangswelle 12, eine Vorgelegewelle 14 und eine Getriebeausgangswelle 16 auf.
Eine Variatoranordnung des Toroidgetriebes 10 ist bei 20 gezeigt. Die Variatoranordnung 20 weist eine Variatorhauptwelle 22 und eine Variatornebenwelle 24 auf. Ferner beinhaltet die Variatoranordnung 20 zwei Variatoren 26A, 26B.
Jeder Variator weist eine Antriebsscheibe 28A, 28B und eine Abtriebsscheibe 30A, 30B auf.
Die Antriebsscheiben 28A, 28B schließen mit den jeweiligen Abtriebsscheiben 30A, 30B jeweils einen Toroidraum 32A, 32B ein.
In den Toroidräumen 32A, 32B sind jeweils, über den Toroidraum umfänglich verteilt, eine Mehrzahl von Rollen 34 angeordnet, in der Regel jeweils drei Rollen 34.
Die Rollen 34 lassen sich mittels einer in 1 schematisch bei 36 angedeuteten Aktuatoranordnung 36 räumlich innerhalb des Toroidraumes 32 verstellen, um die Übersetzung der Variatoranordnung 20 zu verändern. Dabei versteht sich, dass alle Rollen 34 der Variatoren 26A, 26B gleichsinnig verstellt werden, um die auftretenden Reaktionskräfte gleichmäßig über den Umfang der Variatoranordnung 20 aufnehmen zu können.
Bei 38 ist ein Radsatz gezeigt, der die Vorgelegewelle 14 nach der Art einer Konstanten mit der Variatornebenwelle 24 verbindet, an der die Antriebsscheiben 28A, 28B festgelegt sind. Die Abtriebsscheiben 30A, 30B sind an der Variatorhauptwelle 22 festgelegt, die mit einem Summiergetriebe 40 verbunden ist.
Das Summiergetriebe 40 weist einen Planetenradsatz 42 auf. Die Variatorhauptwelle 22 ist mit dem Sonnenrad des Planetenradsatzes 42 verbunden. Die Vorgelegewelle ist über einen weiteren (nicht bezeichneten) Radsatz mit den Planetenträgern des Planetenradsatzes 42 verbunden.
Das Sonnenrad ist über eine High-Regime-Kupplung 44 mit der Getriebeausgangswelle 16 verbindbar. Das Hohlrad des Planetenradsatzes 42 ist über eine Low-Regime-Kupplung 46 mit der Getriebeausgangswelle 16 verbindbar.
Die Funktionsweise des Toroidgetriebes 10 ist allgemein bekannt und wird aus Gründen einer kompakten Darstellung hier nicht im Detail beschrieben.
2 zeigt in einer schematischen Seitenansicht einen Teil eines erfindungsgemäßen Variators 26.
Der Variator 26 kann als die Variatoren 26A, 26B der Variatoranordnung 20 in dem Toroidgetriebe 10 der 1 eingesetzt werden.
In der Darstellung der 2 sind die Variatorscheiben (Antriebs- bzw. Abtriebsscheibe) aus Gründen einer übersichtlicheren Darstellung nicht gezeigt.
Der Variator 26 weist drei Rollen 34 auf, die in dem Toroidraum 32 umfänglich verteilt angeordnet sind.
Die Rollen 34 sind jeweils an einem gabelartigen Rollenträger 50 drehbar gelagert. Die Drehachsen sind in 2 schematisch bei 52 gezeigt.
Der Variator 26 weist ferner drei Hebel 56 auf, die umfänglich verteilt angeordnet und verschwenkbar gelagert sind. Die Hebel 56 können an einem gehäusefesten Systemträger gelagert sein, wie schematisch bei 54 angedeutet. Alternativ können die Hebel 56 auch an einem anderen Teil eines Gehäuses des Variators 26 bzw. des Toroidgetriebes 10 angelenkt werden.
Die Dreh- bzw. Schwenkachse der Hebel 56 ist jeweils bei 58 gezeigt.
Die freien Enden der Hebel 56 sind jeweils mit einem Rollenträger 50 gelenkig verbunden, im vorliegenden Fall durch ein Kreuzgelenk, wie es in 2 schematisch bei 60 gezeigt ist. Anstelle eines Kreuzgelenkes 60 kann auch ein anderes Gelenklager, wie ein Kugelgelenk vorgesehen sein.
Die Hebel 56 werden, wie nachstehend erläutert wird, mittels einer Aktuatoranordnung 36 gleichsinnig verstellt. Die hierdurch erzwungene räumliche Verstellung der Rollenträger 50 führt zu einem Verschwenken der Rollen 34 und damit zu einer Veränderung der Übersetzung des Variators 26.
Die Variatoranordnung 36 weist einen Antriebshebel 62 auf, der konzentrisch zu der Variatorachse 22 (die in 2 lediglich schematisch angedeutet ist) angeordnet ist. Das Antriebsglied 62 ist in 2 aus Gründen einer übersichtlicheren Darstellung schraffiert dargestellt; es handelt sich hierbei jedoch nicht um eine Schnittansicht.
Das Antriebsglied 62 weist einen Antriebsring 64' auf, sowie ein zentrales Koppelglied 66, das mittels eines Lagers 67 drehbar an der Variatorwelle 22 (oder der Variatornebenwelle 24) gelagert ist. Das zentrale Koppelglied 66 ist nabenförmig ausgebildet und starr mit dem Antriebshebel 64 verbunden.
An dem zentralen Koppelglied 66 sind drei Koppelelemente 70 verschwenkbar gelagert, und zwar an jeweiligen Gelenken 71. Die Enden der Koppelelemente 70 sind über jeweilige Gelenke 72 mit den jeweils zugeordneten Hebeln 56 verbunden. Die Gelenke 72 sitzen dabei zwischen der Drehachse 58 der jeweiligen Hebel 56 und dem Kreuzgelenk 60, mit dem die Hebel 56 an den Rollenträgern 50 angebunden sind. Generell ist es jedoch auch möglich, dass die Koppelelemente 70 außen an den Hebeln 56 angreifen und die Kreuzgelenke 60 zwischen den Gelenken 72 und den Drehachsen 58 angebunden sind.
Die Koppelelemente 70 sind jeweils weitgehend tangential zu der Variatorwelle 22 ausgerichtet. Ferner haben die Rollenträger 50 und/oder die Hebel 56 jeweils einen begrenzten Bewegungsumfang, so dass generell vermieden wird, dass die Koppelelemente 70 durch das Zentrum der Variatorwelle 22 hindurch ausgerichtet werden, um Selbsthemmungen zu vermeiden.
Die Variatoranordnung 36 weist ferner zwei Aktuatoren in Form von zwei parallel zueinander ausgerichteten Kolben/Zylinderanordnungen 74A, 74B auf.
Die Kolben 75A, 75B der Kolben/Zylinderanordnungen 74A, 74B sind (direkt oder mittels geeigneter Koppelstangen 79A, 79B) mit dem Antriebshebel 64 verbunden. Die Anbindung der Kolben 75A, 75B erfolgt an, in Bezug auf die Variatorwelle 22, gegenüberliegenden Seiten des Antriebshebels 64. Mit anderen Worten verläuft die Verbindungslinie zwischen den Anbindungspunkten 76A, 76B durch den Mittelpunkt der Variatorwelle 22.
Die Kolben/Zylinderanordnungen werden mittels einer nicht dargestellten Hydrauliksteuereinrichtung gegensinnig angesteuert. Hierdurch wird an den Antriebshebel 64 – und damit über die Koppelstangen 79A, 79B an das zentrale Koppelglied 66 – ein antiparalleles Kräftepaar 78A, 78B angelegt. Mit anderen Worten "dreht" die eine Kolben/Zylinderanordnung 74B den Antriebsring 64 auf der einen Seite ziehend in eine Richtung, wohingegen die andere Kolben/Zylinderanordnung 74A den Antriebsring 64 auf der anderen Seite drückend dreht.
Hierdurch wird eine Drehbewegung des Antriebsgliedes 62 hervorgerufen, die bei 80 dargestellt ist. Durch die Drehbewegung 80 des Antriebsgliedes 62 (und damit des zentralen Koppelgliedes 66) werden die Koppelelemente 70 bewegt, wie es schematisch bei 82 gezeigt ist. Hierdurch werden die Hebel 56 radial nach innen verschwenkt, so dass sich ein räumlicher Verstellvorgang an den Rollenträgern 50 einstellt, der bei 84 gezeigt ist. Hierdurch wird die Übersetzung der Variatoranordnung 26 verändert. Bei einer vertauscht gegensinnigen Ansteuerung der Kolben/Zylinder anordnungen 74A, 74B wird das Antriebsglied 62 in die andere Richtung gedreht, so dass die Hebel 56 radial nach außen verschwenkt werden und sich eine den Pfeilen 84 entgegengesetzte Verstellung der Rollenträger 50 einstellt.
Durch das gegensinnige Anlegen eines Kräftepaares an das Antriebsglied 62 wird erreicht, dass im Wesentlichen keine Reaktionskräfte auf das Lager 67 übertragen werden. Hierdurch erfolgt der Stellvorgang weitgehend reibungsfrei, so dass sich ein hoher Wirkungsgrad ergibt. Das Lager 67 wird nur gering belastet und kann entsprechend klein dimensioniert werden.
Die Aktuatoranordnung 36 der 1 arbeitet auf der Grundlage der folgenden physikalisch mechanischen Erwägungen. Während in einem Toroidvariator Momente übertragen, so treten als Reaktion auf die äußeren Momente an den Rollen 34 Reaktionskräfte (Rollenkräfte) auf, die in 2 schematisch bei 86 gezeigt sind. Diese Rollenkräfte 86 müssen durch eine Abstütz- oder Verstelleinrichtung wie die vorliegende Aktuatoranordnung 36 aufgenommen werden. Die von der Aktuatoranordnung 36 aufgebrachten Stützkräfte sind in 2 bei 78A bzw. 78B gezeigt. Die Rollenkräfte 86 und die Stützkräfte 78 bilden ein Gleichgewicht. Durch Variation der Stützkräfte 78 kann die Übersetzung des Variators 26 verstellt werden.
Bei der Aktuatoranordnung 36 der 2 sind die Rollen 34 an Rollenträgern 50 gelagert. Die Rollenträger 50 sind wiederum gelenkig an Hebeln 56 gelagert, so dass sie die erforderlichen Freiheitsgrade besitzen. Die Hebel 56 sind an Drehgelenken 58 gehäusefest gelagert. Alle Hebel 56 sind mit dem zentral an der Variatorwelle 22 angeordneten Koppelglied 66 verbunden. Die Rollenkräfte 86 werden über die Rollenträger 50, die Hebel 56 und die Koppelelemente 70 in das Koppelglied eingeleitet. Ein an dem Antriebshebel 64, der mit dem Koppelglied 66 verbunden ist, angreifendes Kräftepaar 78a, 78b wirkt den Rollenkräften 86 entgegen. Idealerweise sind so alle Rollen 34, Rollenträger 50, Hebel 56 und Koppelelemente 70 gleichmäßig belastet und das zentrale Koppelglied muss nur einen Moment übertragen und keine Reaktionskräfte auf sein Lager 67 übertragen. Dadurch werden Reibungs- und Wirkungsgradverluste vermieden.
In 3 ist ein Detail einer alternativen Aktuatoranordnung 90 für den Variator 26 der 2 dargestellt.
Die Aktuatoranordnung 90 weist einen zentral um die Variatorwelle 22' herum angeordneten Drehantrieb auf, der auf das zentrale Koppelglied 66' unmittelbar ein Moment ausübt, wie es schematisch bei 92 gezeigt ist. Hierdurch wird das (in 3 nicht dargestellte) Lager 67 ebenfalls nicht mit Reaktionskräften belastet.
Die alternative Ausgestaltung der Aktuatoranordnung 90 empfiehlt sich in solchen Fällen, bei denen zentral innerhalb des Variators 26 hinreichend Raum zur Unterbringung vorhanden ist. Der Drehantrieb der Aktuatoranordnung 90 kann beispielsweise hydraulisch oder elektrisch sein.
In den 4 und 5 ist ein Variator 26 in einer bevorzugten implementierten Ausgestaltung gezeigt. Die Funktionen des Variators 26 und der darin integrierten Aktuatoranordnung 36 entsprechen generell den Funktionen des Variators 26 bzw. der Aktuatoranordnung 36 der 2. Gleiche Elemente sind demzufolge mit gleichen Bezugsziffern versehen.
Bei dem Variator 26 der 4 und 5 weist das Antriebsglied 62 einen Antriebsring 64' auf. Der Antriebsring 64' ist benachbart zu einem ebenfalls ringförmigen, jedoch gehäusefesten Systemträger 54 angeordnet. Der Antriebsring 64' ist über eine Mehrzahl (im vorliegenden Fall drei) Verbindungselemente 68 starr mit dem zentralen Koppelglied 66 verbunden. Demzufolge entspricht die Anordnung aus Antriebsring 64' und Verbindungselementen 68 dem Antriebshebel 64 der 2.
Somit werden bei dem Antriebsglied 62 der 4 und 5 drei Hebelarme (entsprechend den Verbindungselementen 68) zur Einleitung der Stützkräfte verwendet. Die Verbindungselemente 68 sind über den Antriebsring 64' versteift. Die Anbindungspunkte 76A, 76B sind an dem Antriebsring 64' vorgesehen.
In 4 und 5 ist ferner ein Verbindungsträger 100 gezeigt, der die Zylinder der Zylinderanordnungen 74A, 74B starr miteinander verbindet. Hierdurch wird zum einen ein fester mechanischer Bezug für beide Kolben/Zylinderanordnungen 74A, 74B geschaffen. Ferner kann die Anordnung aus den Zylindern und dem Verbindungsträger 100 als Versteifungselement eines Gehäuses dienen.
In 5 ist zusätzlich gezeigt, dass die Kolben 75A, 75B mittels jeweiliger Koppelstangen 79A bzw. 79B an das Antriebsglied 62 angebunden sind.
Die Kopplung der Kolben/Zylinderanordnungen 74 mit dem Antriebsglied 62 kann mittels Kulissen erfolgen (nicht dargestellt). Die Koppelstangen 79 können gelenkig an den jeweiligen Kolben 75 und dem Antriebsglied 62 angebracht werden.
Die Übertragung der Linearbewegungen der Kolben 75 kann auch mittels Verzahnungen auf den Kolben, z.B. ausgeführt als Zahnstangen, und Verzahnungen auf dem Antriebsglied 62, z.B. ausgeführt als Zahnradsegmente, ausgeführt werden.
Das zentrale Koppelglied 66 kann an der Variatorhauptwelle 22 oder der Variatornebenwelle 24 gelagert sein. Ferner kann das zentrale Koppelglied 66 auf einer gehäusefesten Achse oder Hohlachse gelagert sein. Sofern Raum vorhanden ist, kann das Antriebsglied 62 insgesamt als Scheibe ausgebildet sein.
Die Zylinder der Kolben/Zylinderanordnungen 74A, 74B können in ein Gehäuse integriert ausgeführt sein, beispielsweise auch integriert in den Systemträger 54. Die Kolben/Zylinderanordnungen 74A, 74B können jedoch auch separate Bauteile sein.
In 6 ist eine Hydraulikanordnung 110 gezeigt, bei der die zwei Kolben/Zylinderanordnungen 74A, 74B in ein Gehäuse integriert ausgeführt sind.
Das Gehäuse weist ein unteres Gehäuseteil 112 und ein oberes Gehäuseteil 114 auf. Die Gehäuseteile bilden zusammen zwei Zylinderräume 115A, 115B der Kolben/Zylinderanordnungen 74A, 74B aus. Ferner weisen die Gehäuseteile 112, 114 hydraulische Anschlüsse 116 und 118 auf, die über Leitungen mit den Zylinderräumen 115A, 115B verbunden sind. Genauer gesagt ist ein hydraulischer Anschluss 116 mit einem unteren Ölraum des Zylinderraums 115A und einem oberen Ölraum des Zylinderraums 115B über zwei Leitungen 120A, 120B verbunden. Ferner ist der weitere hydraulische Anschluss 118 über eine Leitung 121A mit einem oberen Ölraum des Zylinderraums 115A und über eine weitere Leitung 121B mit einem unteren Ölraum des Zylinderraums 115B verbunden.
Die Leitungen 120, 121 sind in dem unteren bzw. dem oberen Gehäuseteil 112, 114 ausgebildet.
Indem der hydraulische Anschluss 116 mit Hydraulikdruck beaufschlagt wird, wird der Kolben 75A folglich nach oben gedrückt, wohingegen der Kolben 75B nach unten gedrückt wird. In entsprechender Weise wird bei Anlegen eines Hydraulikdruckes an den hydraulischen Anschluss 118 der Kolben 75A nach unten und der Kolben 75B nach oben gedrückt.
Auf diese Weise kann das antiparallele Kräftepaar 78A, 78B auf einfache Weise erzeugt werden.
Die Kolben/Zylinderanordnungen 74A, 74B und die dazu gehörigen Hydraulikleitungen 120, 121 sind somit als eine separate Einheit ausgeführt. Diese kann ferner vormontiert werden.
Die Hydraulikanordnung 110 ist mittels zweier Befestigungsnasen 122 an einem Gehäuse des Toroidgetriebes befestigbar. Demzufolge kann die Hydraulikanordnung 110 insgesamt auch zur Versteifung des Gehäuses des Toroidgetriebes dienen.
Die Gehäuseteile 112, 114 können auch so ausgebildet sein, dass zumindest einige oder Teile der Leitungen 120, 121 durch offene Nuten in den jeweiligen Teilen 112, 114 gebildet sind, die erst nach dem Zusammenbau der Teile 112, 114 geschlossene Leitungen bilden. Zur Abdichtung oder Trennung der Leitungen kann ein weiteres Teil zwischen die beiden Gehäuseteile 112, 114 eingebaut werden. Ferner kann in dieser Einheit auch Sensorik vorhanden sein.
7 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer Kolben/Zylinderanordnung 74A'. Diese Kolben/Zylinderanordnung 74A' kann beispielsweise die Kolben der Zylinderanordnung 74A der Hydraulikanordnung 110 der 6 ersetzen. Sie kann spiegelbildlich auch die weitere Kolben/Zylinderanordnung 74B ersetzen.
Die Kolben/Zylinderanordnung 74A' weist ferner ein Ventil 130 auf, das einen Schieber beinhaltet, der mittels einer Betätigungsvorrichtung 132 betätigbar ist. Die Betätigungsvorrichtung 112 ist durch eine mechanische Kopplung mit dem Kolben 75A' gekoppelt. Demzufolge wird der Ventilschieber gleichsinnig mit Verstellbewegungen des Kolbens 75A' verstellt.
Der Zylinderraum 115A weist einen oberen Ölraum auf, der mit dem hydraulischen Anschluss 118 verbindbar ist. Ferner weist der Zylinderraum 115A einen unteren Ölraum auf, der zum einen mit dem hydraulischen Anschluss 116 verbunden ist und zum anderen mit einer in das Gehäuse integrierten Leitung 136, die zu dem Ventil 130 führt. Von dem Ventil 130 geht ein Auslass 134 ab.
Das Ventil 130 ist so ausgebildet, dass bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens 75A' Öl sowohl zu dem hydraulischen Anschluss 116 als auch über das Ventil 130 zu dem Auslass 134 fließen kann. Sobald eine Steuerkante des Ventils 130 den Auslass 134 verschließt, ist lediglich noch ein Abfluss über den hydraulischen Anschluss 116 möglich. Demzufolge wird der Auslassquerschnitt mit zunehmendem Einfahrhub kontinuierlich verringert, wodurch eine Endlagendämpfung realisiert wird.
Wenn der Auslass 134 vollständig geschlossen ist, kann eine Hubbegrenzung realisiert werden, und zwar dann, wenn auch die Verbindung zu dem hydraulischen Anschluss 116 abgesperrt wird.
Wird dagegen die Verbindung zu dem hydraulischen Anschluss 116 mit einem definierten Öldruck beaufschlagt, so kann ein Hydraulikstopp mit definierter Kolbenkraft realisiert werden.
Die Zylindergehäuse können alternativ mehr als zweiteilig sein. Ferner können sie generell Hydraulikleitungen enthalten. Diese können durch Nuten in Gehäuseteilen gebildet sein, die durch Zusammenfügen geschlossene Leitungen bilden.
Ferner können die Kolben/Zylinderanordnungen 74A, 74B Sensorik beinhalten, um die Lage des jeweiligen Kolbens 75A, 75B zu sensieren. Auch können Elemente zur Hubbegrenzung der Kolben 75A, 75B vorgesehen sein. Diese Elemente zur Hubbegrenzung können als Ventile oder hydraulische Schieber ausgeführt sein, die parallel zur jeweiligen Kolben/Zylinderanordnung 74 liegen (vgl. 7). Die Kolben 75A können dann diese Schieber betätigen und damit den Hub reduzieren, begrenzen oder die Endlage dämpfen.

Claims

Variator (26) für ein Toroidgetriebe (10), mit zwei Variatorscheiben (28, 30), die einen Toroidraum (32) einschließen, innerhalb dessen eine Mehrzahl von Rollen (34) angeordnet ist, die zur Drehmomentübertragung von einer Variatorscheibe auf die andere Variatorscheibe dienen und an jeweiligen Rollenträgern (50) drehbar gelagert sind, die räumlich verstellbar sind, um das Übersetzungsverhältnis des Variators (26) zu verändern, und mit einem Koppelglied (66), das mittels eines Lagers (67) drehbar um eine Variatorachse (22) gelagert ist, wobei das Koppelglied (66) mittels einer Aktuatoranordnung (36; 90) in Drehrichtung antreibbar ist und wobei an dem Koppelglied (66) eine Mehrzahl von Koppelelementen (70) gelagert ist, die mit den Rollenträgern (50) gekoppelt sind, um die Rollenträger (50) räumlich zu verstellen, wobei die Aktuatoranordnung (36; 90) dazu ausgelegt ist, das Koppelglied (66) in Drehrichtung zu bewegen, ohne dass Reaktionskräfte in dessen Lager (67) eingeleitet werden.
Variator nach Anspruch 1, wobei die Aktuatoranordnung (36) wenigstens zwei Aktuatoren (74A, 74B) aufweist, die an das Koppelglied (66) ein Kräftepaar (78A, 78B) anlegen, derart, dass im Wesentlichen keine Reaktionskräfte in das Lager (67) des Koppelgliedes (66) eingeleitet werden.
Variator nach Anspruch 2, wobei das Kräftepaar (78A, 78B), in Bezug auf die Variatorachse (22), an gegenüberliegenden Seiten des Koppelgliedes (66) angreift.
Variator nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Kräftepaar (78A, 78B) parallel ausgerichtet ist.
Variator nach einem der Ansprüche 2–4, wobei die zwei Aktuatoren Axialaktuatoren (74A, 74B) sind.
Variator nach Anspruch 5, wobei die zwei Axialaktuatoren Kolben/Zylinderanordnungen (74A, 74B) sind.
Variator nach Anspruch 6, wobei die Zylinder der Kolben/Zylinderanordnungen starr miteinander verbunden sind.
Variator nach einem der Ansprüche 2–7, wobei die zwei Aktuatoren (74A, 74B) gegensinnig angesteuert werden.
Variator nach einem der Ansprüche 1–8, wobei das Koppelglied (66) ein zentrales Koppelglied (66) ist, das über Verbindungselemente (68) mit einem Antriebsring (64) verbunden ist, an dem die Aktuatoranordnung (36) angreift.
Variator nach einem der Ansprüche 1–9, wobei die Rollenträger (50) über jeweilige Hebelanordnungen (56) räumlich verstellt werden und wobei die Koppelelemente (70) an die Hebelanordnungen (56) gekoppelt sind.
Variator nach Anspruch 1, wobei die Aktuatoranordnung (90) zentral angeordnet ist und das Koppelglied (66') mittels eines Momentes (92) antreibt.
Variator nach einem der Ansprüche 5–10, wobei die Kolben/Zylinderanordnungen (74A, 74B) in ein gemeinsames Gehäuse (112, 114) integriert sind.
Variator nach Anspruch 12, wobei das Gehäuse (112, 114) mehrteilig ist.
Variator nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Gehäuse (112, 114) Leitungen (120, 121) zur Verbindung mit Ölräumen der Kolben/Zylinderanordnungen (74A, 74B) aufweist.
Variator nach einem der Ansprüche 5–10 oder 12–14, wobei den Kolben/Zylinderanordnungen (74A, 74B) jeweils eine Ventilanordnung (130) zugeordnet ist, mittels der sich eine Hubgrenzung und/oder eine Endlagendämpfung realisieren lässt.