DE10361332B4

DE10361332B4 - Variatorscheibe und Variator für ein Toroidgetriebe

Info

Publication number: DE10361332B4
Application number: DE10361332A
Authority: DE
Inventors: Günter Rühle; Markus Kirchner; Markus Trefz; Dirk Lautenschlager; Ulrich Ohnemus; Ekkehard Rieder; Lothar Wolf
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Getrag Getriebe und Zahnradfabrik Hermann Hagenmeyer GmbH and Co
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Magna PT BV and Co KG
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2023-12-19
Also published as: DE10361332A1; JP4519128B2; JP2009513892A

Abstract

Variatorscheibe (50; 28A, 30A; 28B, 30B) für einen Toroidvariator (26A; 26B), insbesondere für ein Kraftfahrzeug-Toroidgetriebe (10), wobei die Variatorscheibe (50; 28A, 30A; 28B, 30B) eine gekrümmte Lauffläche (80) aufweist, die koaxial zu einer Variatorachse (54) ausgerichtet ist und auf der Roller (34) des Toroidvariators (26A; 26B) abrollbar sind, wobei die Variatorscheibe (50; 28A, 30A; 28B, 30B) ferner wenigstens zwei Teilscheiben (58, 60) aufweist, von denen eine als Traktionsscheibe (58), an der die Lauffläche (80) ausgebildet ist, und die andere als Stützscheibe (60) ausgebildet ist, die dazu ausgelegt ist, an die Lauffläche (80) angelegte Axialkräfte abzustützen, und wobei die Traktionsscheibe (58) sich ferner in radialer Richtung zur Variatorachse (54) hin an der Stützscheibe (60) abstützt, wobei ein Axialanlageabschnitt (70) der Stützscheibe (60), der zumindest zum Abstützen der in die Traktionsscheibe (58) eingeleiteten Axialkräfte dient, über eine abgerundete oder abgeflachte Ringkante (74) an einen Umfangsabschnitt (72) anschließt, wobei die abgeflachte oder abgerundete...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Variatorscheibe für einen Toroidvariator sowie einen derartigen Variator, der für ein Kraftfahrzeug-Toroidgetriebe geeignet ist.
Auf dem Gebiet 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 sogenannten Toroidgetriebe eine besondere Bedeutung, und zwar insbesondere aufgrund ihrer höheren Drehmomentkapazität im Vergleich zu stufenlosen Umschlingungsgetrieben (CVTs).
Innerhalb der Toroidgetriebe findet das System von Torotrak^TM besondere Beachtung (vgl. www.torotrak.com).
Ein typisches derartiges Toroidgetriebe weist eine Variatoranordnung mit zwei Variatoren auf. Jeder Variator weist zwei Variatorscheiben auf. Die Scheiben weisen einander zugewandte ringförmige Traktions- bzw. Laufflächen auf, die jeweils einen Toroidraum definieren. Die Toroidräume sind koaxial zu einer Variatorachse angeordnet. Innerhalb der Toroidräume sind jeweils Roller angeordnet, die mit den Variatorscheiben in Eingriff treten, um ein Drehmoment von einer Variatorscheibe auf die andere Variatorscheibe zu übertragen. Die Roller sind über den Umfang des Toroidraumes verteilt angeordnet und räumlich innerhalb des Toroidraumes verstellbar, um das Übersetzungsverhältnis des Variators stufenlos zu verstellen.
Die Variatorscheiben sind mit einer zugeordneten Variatorwelle im Stand der Technik in der Regel über Verzahnungen im Nabenbereich verbunden.
Ferner stützen sich die bislang bekannten Variatorscheiben über einen Bund axial auf der Variatorwelle ab. Dieser Bund ist im Vergleich zum Durchmesser der Variatorscheiben klein. Es entsteht dadurch ein großes Biegemoment. Durch das Biegemoment entstehen große Spannungen innerhalb des Bauteils. Diese können nur durch eine massive Bauweise aufgenommen werden.
Die massive Bauweise der Variatorscheiben führt zu einem hohen Gewicht, zu einem hohen Massenträgheitsmoment sowie zu einer Vergrößerung der Gesamtgetriebebaulänge. Das große Massenträgheitsmoment reduziert die Dynamik des Fahrzeugs. Durch das große Gewicht ergeben sich hohe Materialkosten, da die Scheiben in der Regel aus hochwertigem Material hergestellt sind.
Durch die hohen axialen Anpresskräfte, insbesondere auch während einer Verstellung der Roller, ergibt sich eine hohe Belastung der Variatorscheiben in der Nähe der Verzahnung. Dies kann zu Spannungsüberhöhungen führen und folglich ein Versagen verursachen.
Die Fertigung der Verzahnungen ist kostenträchtig, insbesondere, da es sich bei dem Material der bekannten Variatorscheiben in der Regel um einen hochfesten Wälzlagerstahl handelt.

Um die hohen axialen Kräfte besser aufnehmen zu können, kann einer Variatorscheibe eine Stützscheibe zugeordnet sein, die auf der der Lauffläche gegenüberliegenden Seite der Variator scheibe angeordnet wird. Dies ist aus der älteren, nachveröffentlichten DE 102 29 579 A1 und aus der DE 873 782 C bekannt. Durch die Stützscheibe ist es möglich, die Variatorscheibe weniger massiv und schwer auszuführen.

Hierdurch werden Kosten eingespart. Die Variatorscheibe ist mit anderen Worten bei dieser Ausführungsform durch wenigstens zwei Teilscheiben gebildet, die als Traktionsscheibe, an der die Lauffläche ausgebildet ist, bzw. als Stützscheibe ausgebildet sind. Die Stützscheibe ist dazu ausgelegt, an die Lauffläche angelegte Axialkräfte abzustützen.

Ferner ist die Stützscheibe in der Regel in Umfangsrichtung formschlüssig mit der Welle verbunden. Dies kann über eine Verzahnung erfolgen. Die Stützscheibe kann jedoch auch einteilig mit der Welle ausgebildet sein.

Obgleich es auch bei der Verwendung einer Stützscheibe denkbar ist, die Traktionsscheibe über eine Verzahnung im Nabenbereich mit der Welle zu verbinden, so ist es doch bevorzugt, die Drehmomentübertragung von der Traktionsscheibe auf die Welle über die Stützscheibe erfolgen zu lassen.

Dies kann generell durch Kraft- bzw. Reibschluss erfolgen. Denn die hohen axialen Anpresskräfte können bei geeigneter Ausführung der axialen Anlageflächen an der Stützscheibe einerseits und der Traktionsscheibe andererseits zur Drehmomentmitnahme benutzt werden. Hierbei wird der Reibkoeffizient von Stahl/Stahl in dem Anlagebereich ausgenutzt.

Die Übertragung des Drehmomentes von der Traktionsscheibe auf die Stützscheibe kann jedoch auch formschlüssig erfolgen. Hierbei ist es generell denkbar, die Traktionsscheibe formschlüssig im Nabenbereich der Stützscheibe anzubinden. Um die Umfangskräfte zu reduzieren, ist es jedoch günstiger, die Drehmoment mitnahme im Bereich des Außenumfangs der Stützscheibe bzw. der Traktionsscheibe zu realisieren.

Hierbei ist es zwar generell ebenfalls denkbar, in dem Umfangsbereich eine Verzahnung vorzusehen. Als günstiger wird es jedoch erachtet, formschlüssige Elemente wie zum Beispiel Kugeln in entsprechende radiale Ausnehmungen der Stützscheibe einerseits und der Traktionsscheibe andererseits einzusetzen.

Diesen Ansätzen ist gemeinsam, dass es im Bereich der formschlüssigen Verbindung von Traktionsscheibe und Stützscheibe zu Spannungsüberhöhungen aufgrund von Kerbwirkung kommen kann.

Die aus der DE 102 29 579 A1 bekannte Toroid-Getriebescheibe weist zwei Teilscheiben auf, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, nämlich eine Traktionsscheibe, in der die Lauffläche ausgebildet ist, und eine Stützscheibe, die koaxial zur Traktionsscheibe angeordnet ist und Axialkräfte, welche von den Rollern über die Lauffläche in die Traktionsscheibe eingeleitet werden, abstützt.

Gemäß einer Ausführungsform dieses Standes der Technik ist an der Rückseite der Traktionsscheibe ein in axialer Richtung vorstehender Zentrierbund vorgesehen. Der Zentrierbund übergreift den Außenumfang der Stützscheibe und dient dazu, die Traktionsscheibe relativ zur Stützscheibe zu zentrieren. Eine andere Funktion des Zentrierbundes ist nicht angegeben. Insbesondere ist nicht offenbart, dass sich die Traktionsscheibe in radialer Richtung zur Variatorachse hin an der Stützscheibe abstützen kann.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Variatorscheibe anzugeben, insbesondere eine Variatorscheibe, die ein geringes Gewicht besitzt und einen geringen Bauraum benötigt.

Diese Aufgabe wird durch eine Variatorscheibe für einen Toroidvariator, insbesondere für ein Kraftfahrzeug-Toroidgetriebe gelöst, wobei die Variatorscheibe eine gekrümmte Lauf- bzw. Traktionsfläche aufweist, die koaxial zu einer Variatorachse ausgerichtet ist und auf der Roller des Toroidvariators abrollbar sind, wobei die Variatorscheibe ferner wenigstens zwei Teilscheiben aufweist, die als Traktionsscheibe, an der die Lauffläche ausgebildet ist, bzw. als Stützscheibe ausgebildet sind, die dazu ausgelegt ist, an die Lauffläche angelegte Axialkräfte abzustützen, und wobei die Traktionsscheibe sich ferner in radialer Richtung zur Variatorachse hin an der Stützscheibe abstützt, wobei ein Axialanlageabschnitt der Stützscheibe, der zumindest zum Abstützen der in die Traktionsscheibe eingeleiteten Axialkräfte dient, über eine abgeflachte oder abgerundete Ringkante an den Umfangsabschnitt anschließt, wobei die Ringkante der Stützscheibe eine entsprechende Ringkante der Variatorscheibe nicht berührt.

Die obige Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Variator für ein Toroidgetriebe mit zwei Variatorscheiben, zwischen denen ein Toroidraum eingerichtet ist, in dem wenigstens ein Roller drehbar gelagert ist, um mit variabler Übersetzung Drehmoment von einer Variatorscheibe auf die andere zu übertragen, wobei wenigstens eine Variatorscheibe ausgebildet ist, wie die oben definierte erfindungsgemäße Variatorscheibe.

Durch die radiale Abstützung kann die Variatorscheibe insgesamt signifikant stabilisiert werden. Es lässt sich eine Verringerung der Variatormasse, der Massenträgheitsmomente und der Verformung erreichen. Ferner ist es möglich, die notwendige Variatorscheibendicke zu verringern. Dies führt zu einer Reduzierung der Gesamtlänge des Variators.

Ferner werden Kerbspannungen im Übergangsbereich von Axialanlageabschnitt und Umfangsabschnitt vermieden.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Traktionsscheibe sich auf einem Umfangsabschnitt der Stützscheibe abstützt.

Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Lauffläche eine Seite eines Toroidraumes definiert, dessen Mittenkreis einen Toroidmittenradius besitzt, und wobei der Radius des Umfangsabschnittes der Stützscheibe größer oder gleich dem Toroidmittenradius ist.

Durch diesen vergleichsweise großen radialen Anlagedurchmesser ergibt sich eine Vergrößerung der Abstützbasis. Ferner wird eine Reduzierung der Scheibendicke, des Massenträgheitsmomentes und des Gewichts erreicht.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn der Radius des Umfangsabschnittes der Stützscheibe gleich dem Toroidmittenradius ist.

Es hat sich gezeigt, dass gerade diese Dimensionierung die erfindungsgemäßen Vorteile besonders zum Tragen bringt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Traktionsscheibe an der Stützscheibe zentriert. Bei dieser Ausführungsform ist die Traktionsscheibe nicht an der Welle zentriert und berührt diese in der Regel nicht. Hierdurch wird eine statische Überbestimmung vermieden.

Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Traktionsscheibe an dem Umfangsabschnitt der Stützscheibe zentriert ist.

Dies ermöglicht, den Umfangsabschnitt in zweifacher Weise zu nutzen, zum einen zum Zentrieren und zum anderen zur radialen Abstützung der in den äußeren Bereich der Traktionsscheibe eingeleiteten Biegemomente.

Ferner ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform vorteilhaft, wenn die Traktionsscheibe eine zentrale Bohrung zum Durchführen einer Welle aufweist, an der die Stützscheibe festgelegt ist, und wenn der Innenumfang der zentralen Bohrung von dem Außenumfang der Welle berührungsfrei beabstandet ist.

Hierdurch wird vermieden, dass eine statische Überbestimmung erfolgt, insbesondere dann, wenn die Traktionsscheibe an der Stützscheibe zentriert ist und radiale Verformungen aufweist, wenn der Roller am Innendurchmesser läuft.

Es versteht sich, dass es sich bei der Welle vorzugsweise um die Variatorwelle handelt.

Gemäß einer weiteren insgesamt bevorzugten Ausführungsform sind ein Axialanlageabschnitt der Stützscheibe und ein Axialkraftübertragungsabschnitt der Traktionsscheibe in Bezug auf Form, Material und Oberflächenbeschaffenheit so aufeinander abgestimmt, dass eine Drehmomentübertragung mittels dieser Abschnitte durch Kraft- bzw. Reibschluss erfolgen kann. Die Reibungszahl von Roller zu Toroidscheibe ist dabei in der Regel sehr viel kleiner als die Reibungszahl von Toroidscheibe zu Stützscheibe.

Hierdurch ist es möglich, die Drehmomentübertragung allein auf Kraft- bzw. Reibschlussbasis durchzuführen.

Daher ist es bei dieser Ausführungsform bevorzugt, wenn die Traktionsscheibe und die Stützscheibe in Umfangsrichtung nicht formschlüssig miteinander verbunden sind.

Aufgrund des Entfalls einer formschlüssigen Verbindung, insbesondere einer Verzahnung oder einer Verbindung mittels Kugeln/Ausnehmungen, ergibt sich zum einen eine Kosteneinsparung. Es wird aber auch eine Verbesserung hinsichtlich der Belastbarkeit erzielt, da Kerbstellen im Bereich der formschlüssigen Verbindung entfallen. Die Variatorscheibe kann dabei insgesamt in axialer Richtung schmaler bzw. dünner ausgebildet werden.

Von besonderem Vorteil ist es ferner, wenn die Traktionsscheibe und die Stützscheibe aus dem gleichen Grundmaterial hergestellt sind.

Dies ermöglicht insgesamt eine kostengünstigere Fertigung. Den unterschiedlichen Einsatzzwecken kann dadurch Rechnung getragen werden, dass beispielsweise die Einsatzhärtetiefen entsprechend den unterschiedlichen Belastungen (Wälzbelastung, Biegebelastung, ...) festgelegt werden.

Natürlich ist es alternativ auch möglich, die zwei Teilscheiben aus unterschiedlichen Materialien herzustellen. Diesbezüglich wird Bezug genommen auf die eingangs genannte DE 102 29 579 A1 .

Sofern die zwei Teilscheiben jedoch aus dem gleichen Grundmaterial hergestellt sind, ist es vorteilhaft, wenn die Traktionsscheibe und die Stützscheibe aus Stahl hergestellt sind.

Hierdurch lässt sich insgesamt eine kostengünstige Variatorscheibe herstellen. Stahl lässt sich für verschiedene Einsatzzwecke hinreichend gut optimieren.

Insgesamt ist es von besonderem Vorteil, wenn zumindest die Stützscheibe aus Einsatzstahl hergestellt ist.

Dies führt zu einer kostengünstigen Bauweise der Variatorscheibe, da Einsatzstahl in der Regel kostengünstiger ist als Keramikmaterialien oder Metall-Matrixkompositwerkstoffe.

Gemäß einer weiteren insgesamt bevorzugten Ausführungsform ist eine der Lauffläche axial gegenüberliegende Rückenfläche der Traktionsscheibe im Wesentlichen bündig mit einer Rückenfläche der Stützscheibe ausgerichtet.

Hierdurch wird gewährleistet, dass die in die Traktionsscheibe eingeleiteten Biegemomente sich in radialer Richtung nach innen weitgehend vollständig auf dem Umfangsabschnitt abstützen können.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stützt sich die Traktionsscheibe auf einem Umfangsabschnitt der Stützscheibe ab, wobei ferner eine Rückenfläche der Traktionsscheibe radial nach außen, ausgehend von dem Umfangsabschnitt der Stützscheibe, der Kontur der gegenüberliegenden Lauffläche im Wesentlichen absatzfrei folgt.

Hierdurch wird vermieden, dass Kerbstellen an derartigen Absätzen in der Traktionsscheibe auftreten. Auch kann gewährleistet werden, dass die Biegemomente optimal in die Stützscheibe eingeleitet werden können. Vereinfacht gesagt führen die Biegemomente zu Spannungen im Inneren der Traktionsscheibe, die etwa parallel zur Lauffläche gerichtet sich an dem Umfangsabschnitt der Stützscheibe abstützen können.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Rückenfläche der Variatorscheibe keinen waagerechten Abschnitt auf.

Dies führt ebenfalls zu einer Optimierung der Einleitung der Kräfte aufgrund von Biegemomenten in die Stützscheibe.

Insgesamt ist es vorteilhaft, wenn die Rückenfläche der Variatorscheibe eine ringnapfförmige Ausdehnung aufweist.

Hierdurch ergibt sich eine Struktur, durch die die Einleitung von Spannungen in die Stützscheibe weiter optimiert werden kann.

Gemäß einer weiteren, insgesamt bevorzugten Ausführungsform weist die Stützscheibe einen Axialabschnitt auf, dessen Innenumfang in Drehrichtung formschlüssig mit einer Variatorwelle verbunden ist, wobei der Axialabschnitt sich durch eine zentrale Bohrung der Traktionsscheibe hindurch erstreckt.

Hierdurch wird insgesamt eine axial kompakte Bauweise erzielt.

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 Darstellung eines Toroidgetriebes, das zwei erfindungsgemäße Variatoren aufweist;
2 den oberen Teil eines Längsschnittes durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Variatorscheibe; und
3 eine der 2 ähnliche Ansicht einer nicht zur Erfindung gehörenden Ausführungsform einer Variatorscheibe.
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 Rollern 34 angeordnet, in der Regel jeweils drei Roller 34.
Die Roller 34 lassen sich mittels einer nicht näher dargestellten Aktuatorik räumlich innerhalb des Toroidraumes 32 verstellen, wie es schematisch bei 36 gezeigt ist, um die Übersetzung der Variatoranordnung 20 zu verändern. Dabei versteht es sich, dass alle Roller 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 14 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 einen Ausschnitt eines Variators 26 des Toroidgetriebes 10 und zeigt insbesondere eine obere Hälfte eines Längsschnittes durch eine Variatorscheibe 50.
Die Variatorscheibe 50 kann eine beliebige der Variatorscheiben 28, 30 des Toroidgetriebes 10 bilden.
Die Variatorscheibe 50 ist an einer Variatorwelle 52 gelagert. Die Variatorwelle 52 kann die Hauptvariatorwelle 22 oder die Variatornebenwelle 24 sein.
Die Variatorwelle 52 weist einen bei 53 gezeigten Außenumfang auf und definiert eine Variatorachse 54.
Die Variatorscheibe 50 weist eine Traktionsscheibe 58 und eine Stützscheibe 60 auf.
Die Stützscheibe 60 ist über eine Verzahnung 62 an dem Außenumfang 53 der Variatorwelle 52 gelagert. Somit ist die Stützscheibe 60 in Umfangsrichtung formschlüssig mit der Variatorwelle 52 drehfest verbunden.
Die Variatorwelle 52 weist einen Anschlag 64 auf, an dem sich die Stützscheibe 60 in axialer Richtung abstützt.
Im Längsschnitt ist die Stützscheibe 60 etwa L-förmig, mit einem sich axial erstreckenden Axialabschnitt 66 und einem sich radial hiervon erstreckenden Radialabschnitt 68.
Die Verzahnung 62 ist an dem Innenumfang des Axialabschnittes 66 ausgebildet.
An der zu der Traktionsscheibe 58 hin weisenden Seite ist an dem Radialabschnitt 68 ein Axialanlageabschnitt 70 ausgebildet. Dieser erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zu der Variatorachse 54.
An dem Außenumfang des Radialabschnittes 68 ist ein Umfangsabschnitt 72 vorgesehen, der sich etwa parallel zu der Variatorachse 54 erstreckt. Der Umfangsabschnitt 72 weist einen Radius 73 auf.
Der Axialanlageabschnitt 70 und der Umfangsabschnitt 72 sind durch eine Ringkante 74 verbunden, die im vorliegenden Fall abgerundet ausgebildet ist.
Bei 76 ist eine Rückenfläche gezeigt, die an dem Radialabschnitt 68 ausgebildet ist und dem Axialanlageabschnitt 70 gegenüberliegt. Die Rückenfläche 76 weist generell von der Traktionsscheibe 58 weg.
Die Traktionsscheibe 58 weist eine gekrümmte, ringförmig umlaufende Lauffläche 80 auf. Die Lauffläche 80 definiert mit einer entsprechenden Lauffläche einer (nicht dargestellten) Gegenscheibe einen Toroidraum 32.
Der Toroidraum 32 definiert einen Toroidmittenkreis. Von dem Toroidmittenkreis ist der Abstand zu den gegenüberliegenden Laufflächen der Variatorscheiben im Wesentlichen konstant. Dieser Abstand ist in 2 durch einen Rollerradius 81 dargestellt. Dieser Abstand entspricht dem Radius eines in dem Toroidraum 32 angeordneten Rollers 34, der in 2 (aus Gründen einer übersichtlicheren Darstellung) nur teilweise angedeutet ist.
Der Toroidmittenkreis weist einen Toroidmittenradius auf, der in 2 bei 82 gezeigt ist.
Die Lauffläche 80 ist an der Traktionsscheibe 58 auf der Seite vorgesehen, die der Stützscheibe 60 abgewandt ist. Auf der der Stützscheibe 60 zugewandten Seite ist an der Traktionsscheibe 58 ein Axialkraftübertragungsabschnitt 84 ausgebildet. Der Axialkraftübertragungsabschnitt 84 entspricht in seiner Form und Ausrichtung dem Axialanlageabschnitt 70 der Stützscheibe 60 und liegt im Betrieb an diesem an.
Die Traktionsscheibe 58 weist ferner einen die Stützseite 60 übergreifenden Umfangsabschnitt 86 auf, der dem Umfangsabschnitt 72 der Stützscheibe 60 zugeordnet ist. Ferner weist die Traktionsscheibe 58 an ihrer der Lauffläche 80 gegenüberliegenden Seite eine Rückenfläche 88 auf. Die Rückenfläche 88 ist in ihrem weiteren Verlauf bündig mit der Rückenfläche 76 der Stützscheibe 60 ausgerichtet.
Die Traktionsscheibe 58 weist ferner eine zentrale Bohrung 90 auf. Die zentrale Bohrung 90 ist so bemessen, dass sich der Axialabschnitt 66 der Stützscheibe 60 hier hindurch erstrecken kann. Zwischen dem Außenumfang des Axialabschnittes 66 und dem Innenumfang der zentralen Bohrung 90 ist ein Abstand eingerichtet, so dass sich die Traktionsscheibe 58 und die Stützscheibe 60 in diesem Bereich nicht berühren.
Zwischen dem Axialkraftübertragungsabschnitt 84 und der zentralen Bohrung 90 ist ferner ein abgeschrägter Abschnitt vorhanden, der von einem entsprechend abgeschrägten Abschnitt der Stützscheibe 60 durch einen Spalt 92 beabstandet ist.
Insgesamt sind die relativen Abmessungen von Traktionsscheibe 58 und Stützscheibe 60 so, dass diese sich in einem Bereich radial innerhalb des Axialanlageabschnittes 70 nicht berühren.
In der Längsschnittansicht der 2 ist zu erkennen, dass die Traktionsscheibe 58 und die Stützscheibe 60 so ineinander passen, dass ihre Form im Wesentlichen der Form einer einteiligen Variatorscheibe entspricht. Mit anderen Worten ist der Radialabschnitt 68 der Stützscheibe 60 derart in eine axiale Ausnehmung an der Rückenseite 88 der Traktionsscheibe 58 aufge nommen, so dass die Rückenflächen 76, 88 bündig ineinander übergehen.
Die Traktionsscheibe 58 stützt sich dabei in axialer Richtung mit ihrem Axialkraftübertragungsabschnitt 84 an dem Axialanlageabschnitt 70 der Stützscheibe 60 ab. Wenn ein Roller 34 in der in 2 dargestellten Position ist, wird auf die Traktionsscheibe 58 eine Kraft ausgeübt, die nicht allein axial ist, sondern einen Biegemoment hervorruft. Die durch das Biegemoment entstehenden radialen Kräfte, die so in die Traktionsscheibe 58 eingeleitet werden, können sich über die Umfangsabschnitte 86, 72 an der Stützscheibe 60 abstützen.
Die Traktionsscheibe 58 ist dabei oberhalb des Umfangsabschnittes 86 massiv ausgebildet, um die radialen Kräfte sicher in die Stützscheibe 60 einleiten zu können. Zwar zentriert sich die Traktionsscheibe 58 über ihren Umfangsabschnitt 86 an der Stützscheibe 60 (und damit auch in Bezug auf die Variatorwelle 52). Die Ausgestaltung der Traktionsscheibe 58 oberhalb des Umfangsabschnittes 86 ist jedoch aufgrund der massiven Bauart dazu geeignet, radiale Kräfte in die Stützscheibe 60 einzuleiten, und zwar über deren Umfangsabschnitt 72. Mit anderen Worten ist der den Umfangsabschnitt 72 übergreifende Teil der Traktionsscheibe 58 nicht lediglich als Zentrierbund ausgebildet. Vielmehr ist dieser Abschnitt integraler Bestandteil der die Variatorkräfte aufnehmenden Traktionsscheibe 58.
Die Rückenfläche 76, 88 der Variatorscheibe 50 ist nach der Art eines Ringnapfes ausgebildet. Unterhalb des Toroidmittenradius 82 wird die Dicke der Variatorscheibe 50 insgesamt radial nach innen zur Variatorachse 54 hin immer dicker. Oberhalb des Toroidmittenradius 82 nimmt die Dicke der Variatorscheibe 50 (bzw. der Traktionsscheibe 58) radial nach außen hin immer mehr ab. Die Rückenfläche 88 der Traktionsscheibe 58 folgt dabei aufgrund der Napfform annähernd dem Verlauf der Lauffläche 80 oberhalb des Toroidmittenradius 82.
Der Radius 73 des Umfangsabschnittes 72 ist annähernd gleich dem Toroidmittenradius 82.
Es ergibt sich ein ringnapfförmiger Eindruck, also eine Form, als ob die zweiteilige Variatorscheibe 50 den Toroidraum 32 ringnapfförmig umschließt.
Durch die allmähliche Zunahme der Dicke der zweiteiligen Variatorscheibe 50 vom radial äußersten Abschnitt hin zu dem Axialanlageabschnitt 70 ergibt sich im Längsschnitt eine annähernd kegelstumpfförmige Form.
Die Rückenfläche 76, 88 der Variatorscheibe 50 weist im Wesentlichen keinen waagerechten Abschnitt auf. Vielmehr ist der Verlauf der Rückenfläche 76, 88 annähernd bogenförmig, mit einem deutlich größeren Radius als der Rollerradius 81.
Ferner ist die Rückenfläche 76, 88 der Variatorscheibe 50 im Wesentlichen absatzfrei ausgebildet.
Durch die Maßnahme, dass der Axialabschnit 66 die zentrale Bohrung 90 durchsetzt, ergibt sich insgesamt ein kompakter Aufbau in axialer Richtung.
Die Traktionsscheibe 58 und die Stützscheibe 60 sind in Umfangsrichtung nicht formschlüssig miteinander verbunden. Die Drehmomentmitnahme erfolgt allein aufgrund Kraft- bzw. Reibschluss an den einander gegenüberliegenden Flächen von Axialanlageabschnitt 70 und Axialkraftübertragungsabschnitt 84. Denn die bei einem derartigen Variator 26 auftretenden hohen axialen Antreffkräfte können auf diese Weise zur Drehmomentmitnahme benutzt werden.
Die Traktionsscheibe 58 und die Stützscheibe 60 sind beide vorzugsweise aus Stahl ausgebildet. Die Traktionsscheibe 58 kann beispielsweise aus Wälzlagerstahl hergestellt sein. Die Stützscheibe 60 kann hingegen aus normalem Einsatzstahl hergestellt sein.
Alternativ ist es auch möglich, beide Scheiben aus Einsatzstahl herzustellen, wobei die Einsatzhärtetiefen entsprechend den unterschiedlichen Belastungen festgelegt werden (Wälzbelastung bei der Traktionsscheibe 58 bzw. Biegebelastung bei der Stützscheibe 60).
Durch den Verzicht auf eine formschlüssige Verbindung ergeben sich zum einen Kosteneinsparungen. Zum anderen werden Stellen vermieden, an denen überhöhte Kerbspannungen auftreten können. Die Variatorscheibe kann damit insgesamt in axialer Richtung schmaler bzw. dünner ausgebildet werden.
Die Umfangsabschnitte 72, 86 dienen folglich zur Zentrierung und zur Abstützung von Biegemomenten. Die Flächen von Axialanlageabschnitt 70 und Axialkraftübertragungsabschnitt 84 dienen zur axialen Abstützung sowie zur Drehmomentübertragung.
Die Funktionsweise der Variatorscheibe 50 ist folgendermaßen:
Im Betrieb wird von dem Roller 34 eine hohe Anpresskraft auf die Lauffläche 80 der Traktionsscheibe 58 ausgeübt. Die dabei auftretenden axialen Kräfte werden über den Axialanlageabschnitt 70 der Stützscheibe 60 aufgenommen. Die auftretenden Biegemomente und die hierdurch induzierten radialen, nach innen zur Variatorachse 54 hin gerichteten Kräfte werden über den Umfangsabschnitt 72 der Stützscheibe aufgenommen. Durch die Drehung des Rollers 34 wird auf die Traktionsscheibe 58 ein Drehmoment um die Variatorachse 54 herum ausgeübt. Aufgrund der hohen axialen Anpresskräfte in den Flächen von Axialanlageabschnitt 70 und Axialkraftübertragungsabschnitt 84 wird die Stützscheibe 60 hierbei in Umfangsrichtung mitgenommen. Aufgrund der formschlüssigen Verbindung zwischen Stützscheibe 60 und Variatorwelle 52 in Umfangsrichtung wird demzufolge die Variatorwelle 52 ebenfalls in Umfangsrichtung mitgenommen.
Die Variatorscheibe 50 kann eine Antriebsscheibe 28 oder eine Abtriebsscheibe 30 sein.
In 3 ist eine alternative Ausführungsform einer Variatorscheibe generell mit 50' bezeichnet.
Die Variatorscheibe 50' entspricht in Form und Funktion generell der Variatorscheibe 50 der 2. Im Folgenden wird daher lediglich auf die Unterschiede eingegangen.
Zum einen ist zu erkennen, das die Traktionsscheibe 58' in ihrem radial äußeren Abschnitt eine Abflachung 96 aufweist.
Hierdurch läuft die Traktionsscheibe 58 in ihrem radial äußeren Abschnitt spitzer zu.
Die Dicke der Variatorscheibe 50' ist schematisch bei 98 gezeigt. Diese nimmt von einem radial äußeren Abschnitt der Variatorscheibe 50' radial nach innen kontinuierlich zu.
Die Stützscheibe 60' weist lediglich einen Radialabschnitt auf, der in eine rückenseitige Ausnehmung der Traktionsscheibe 58 eingepasst ist. Die Verzahnung zwischen Stützscheibe 60' und Variatorwelle 52' liegt folglich hinter der Traktionsscheibe 58'.
Zwischen dem Innenumfang der zentralen Bohrung 90' der Traktionsscheibe 58' und dem Außenumfang der Variatorwelle 52 ist ein umlaufender Ringspalt eingerichtet.
Die Ringkante 74' ist bei dieser Ausführungsform nicht abgerundet. Sie kann jedoch abgerundet sein, um Kerbspannungen in diesem Bereich zu vermeiden.
3 enthält ferner die Darstellung von auftretenden Kräften. Diese Darstellung ist im gleichen Maße auf die Variatorscheibe 50 der 2 anwendbar.
So wird von einem Roller 34' eine Rollerkraft 100 auf die Traktionsscheibe 58' ausgeübt. Da diese Kräfte auch oberhalb des Toroidmittenkreises 73 angreifen können, kann sich in diesem Fall ein Biegemoment 102 ergeben. Die dabei auftretenden Spannungen werden radial von dem Umfangsabschnitt 72' aufgenommen, wie es bei 106 gezeigt ist.
Die auftretenden axialen Kräfte werden über den Axialanlageabschnitt 70' aufgenommen, wie es schematisch bei 104 gezeigt ist.

Claims

Variatorscheibe (50; 28A, 30A; 28B, 30B) für einen Toroidvariator (26A; 26B), insbesondere für ein Kraftfahrzeug-Toroidgetriebe (10), wobei die Variatorscheibe (50; 28A, 30A; 28B, 30B) eine gekrümmte Lauffläche (80) aufweist, die koaxial zu einer Variatorachse (54) ausgerichtet ist und auf der Roller (34) des Toroidvariators (26A; 26B) abrollbar sind, wobei die Variatorscheibe (50; 28A, 30A; 28B, 30B) ferner wenigstens zwei Teilscheiben (58, 60) aufweist, von denen eine als Traktionsscheibe (58), an der die Lauffläche (80) ausgebildet ist, und die andere als Stützscheibe (60) ausgebildet ist, die dazu ausgelegt ist, an die Lauffläche (80) angelegte Axialkräfte abzustützen, und wobei die Traktionsscheibe (58) sich ferner in radialer Richtung zur Variatorachse (54) hin an der Stützscheibe (60) abstützt, wobei ein Axialanlageabschnitt (70) der Stützscheibe (60), der zumindest zum Abstützen der in die Traktionsscheibe (58) eingeleiteten Axialkräfte dient, über eine abgerundete oder abgeflachte Ringkante (74) an einen Umfangsabschnitt (72) anschließt, wobei die abgeflachte oder abgerundete Ringkante eine gegenüberliegende Ringkante der Variatorscheibe nicht berührt.
Variatorscheibe nach Anspruch 1, wobei die Traktionsscheibe (58) sich auf dem Umfangsabschnitt (72) der Stützscheibe (60) abstützt.
Variatorscheibe nach Anspruch 2, wobei die Lauffläche (80) eine Seite eines Toroidraumes (32) definiert, dessen Mittenkreis einen Toroidmittenradius (82) besitzt, und wobei der Radius (73) des Umfangsabschnittes (72) der Stützscheibe (60) größer oder gleich dem Toroidmittenradius (82) ist.
Variatorscheibe nach Anspruch 3, wobei der Radius (73) des Umfangsabschnittes (72) der Stützscheibe (60) gleich dem Toroidmittenradius (82) ist.
Variatorscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Traktionsscheibe (58) an der Stützscheibe (60) zentriert ist.
Variatorscheibe nach Anspruch 5, wobei die Traktionsscheibe (58) an dem Umfangsabschnitt (72) der Stützscheibe (60) zentriert ist.
Variatorscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Traktionsscheibe (58) eine zentrale Bohrung (90) zum Durchführen einer Welle (52) aufweist, an der die Stützscheibe (60) festgelegt ist, und wobei der Innenumfang der zentralen Bohrung (90) von dem Außenumfang (53) der Welle (52) berührungsfrei beabstandet ist.
Variatorscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Axialanlageabschnitt (70) der Stützscheibe (60) und ein Axialkraftübertragungsabschnitt (84) der Traktionsscheibe (58) in Bezug auf Form, Material und/oder Oberflächenbeschaffenheit so aufeinander abgestimmt sind, dass eine Drehmomentübertragung mittels dieser Abschnitte (70, 84) durch Kraft- bzw. Reibschluss erfolgen kann.
Variatorscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Traktionsscheibe (58) und die Stützscheibe (60) in Umfangsrichtung nicht formschlüssig miteinander verbunden sind.
Variatorscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Traktionsscheibe (58) und die Stützscheibe (60) aus dem gleichen Grundmaterial hergestellt sind.
Variatorscheibe nach Anspruch 10, wobei die Traktionsscheibe (58) und die Stützscheibe (60) aus Stahl hergestellt sind.
Variatorscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei zumindest die Stützscheibe (60) aus Einsatzstahl hergestellt ist.
Variatorscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine der Lauffläche (80) axial gegenüberliegende Rückenfläche (88) der Traktionsscheibe (58) im Wesentlichen bündig mit einer Rückenfläche (76) der Stützscheibe (60) ausgerichtet ist.
Variatorscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Traktionsscheibe (58) sich auf einem Umfangsabschnitt (72) der Stützscheibe (60) abstützt und wobei ferner eine Rückenfläche (88) der Traktionsscheibe (58) radial nach außen, ausgehend von dem Umfangsabschnitt (72) der Stütz scheibe (60), der Kontur der gegenüberliegenden Lauffläche (80) im Wesentlichen absatzfrei folgt.
Variatorscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Rückenfläche (76, 88) der Variatorscheibe (50; 28A, 30A; 28B, 30B) keinen waagerechten Abschnitt aufweist.
Variatorscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Rückenfläche (76, 88) der Variatorscheibe (50; 28A, 30A; 28B, 30B) eine ringnapfförmige Ausdehnung aufweist.
Variatorscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Stützscheibe (60) einen Axialabschnitt (66) aufweist, dessen Innenumfang in Drehrichtung formschlüssig mit einer Variatorwelle (52) verbunden ist, und wobei der Axialabschnitt (66) sich durch eine zentrale Bohrung (90) der Traktionsscheibe (58) hindurch erstreckt.
Variator (26A; 26B) für ein Toroidgetriebe (10), mit zwei Variatorscheiben (50; 28A, 30A; 28B, 30B), zwischen denen ein Toroidraum (32A; 32B) eingerichtet ist, in dem wenigstens ein Roller (34) drehbar gelagert ist, um mit variabler Übersetzung Drehmoment von einer Variatorscheibe auf die andere zu übertragen, wobei wenigstens eine Variatorscheibe (50; 28A, 30A; 28B, 30B) gemäß einem der Ansprüche 1–17 ausgebildet ist.