DE19537166A1 - Mechanische Verstellvorrichtung für die Kegelscheiben eines stufenloses Umschlingungsgetriebes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mechanische Verstellvorrichtung für eine axial auf einer Welle ei­ nes stufenlosen Umschlingungsgetriebes verstellbaren Kegelscheibe gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Stufenlose Umschlingungsgetriebe verfügen bekanntermaßen über eine mit der Kurbelwelle einer Antriebsmaschine verbundende Primärwelle, auf der ein erster Kegelscheibensatz angeordnet ist. Auf einer Sekundärwelle des Getriebe ist ein zweiter Kegelscheibensatz angeordnet, wobei der Sekundärkegelscheibensatz von dem Primärkegelscheibensatz mittels eines flexiblen Übertragungselementes (Kette, Schubgliederband, Riemen) ange­ trieben wird. Zur stufenlosen Einstellung des Übersetzungsverhältnisses eines solchen Ge­ triebes ist üblicherweise eine Kegelscheibe eines jeden Kegelscheibensatzes derart auf der An- bzw. Abtriebswelle angeordnet, daß diese Kegelscheibe mittels einer Verstellvor­ richtung axial auf dieser verschiebbar ist. Insbesondere bei Getrieben mit trocken laufen­ dem Riemen, die aufgrund des lokalen Reibwertes zwischen dem Riemen und den Kegel­ scheiben geringere Anpress- und Verstellkräfte benötigen als mit Öl geschmiert umlaufende Ketten oder Schubgliederbänder, kann die Verstellung mechanisch erfolgen.

So ist denn aus der EP-A 405 021 ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe bekannt, bei dem die axiale Verschiebung der einen Kegelscheibe gegen die andere durch das Verdre­ hen eines Gewindes auf der Primärwelle mittels eines ein Innengewinde aufweisendes Gleitstück erfolgt. Das Gleitstück wird zur Übertragung der für die Verstellung der einen Ke­ gelscheibe notwendigen Drehbewegung von einem Elektromotor über ein Verstellgetriebe angetrieben. Dieses Verstellgetriebe ist im wesentlichen oberhalb von der Primärwelle und dem ersten Kegelscheibensatzes angeordnet. Nachteilig an dieser Verstellvorrichtung ist der hohe Bauraumbedarf und die vergleichsweise hohen Stellkraftverluste in dem Stellsy­ stem.

Außerdem ist aus der EP-A 582 307 ein Verstellmechanismus für ein Umschlingungsgetrie­ be beschriebener Bauweise bekannt geworden, bei dem das Verstellgewinde für die axial verschiebliche Kegelscheibe mit dem Scheibensatz rotiert und über ein elektromotorisch angetriebenes Differentialgetriebe angetrieben wird. Die Besonderheit bei diesem Aufbau besteht darin, daß an beiden Ach sen, also an der Primärachse und an der Sekundärachse des Umschlingungsgetriebes, ein Verstellmechanismus angeordnet ist. Hierzu ist wegen der Geometrie des Übertragungsmittels eine nichtlineare Übersetzung zwischen den beiden Verstellmechanismen erforderlich. Nachteilig ist auch bei diesem Verstellmechanismus das aufwendige Stellsystem, der hohe Bauraumbedarf sowie die vergleichsweise hohen Verluste bei der für den Verstellvorgang notwendigen Energie. Diese Energieverluste ent­ stehen im wesentlichen bei der Umwandlung der von der Brennkraftmaschine des Fahr­ zeugs zur Verfügung gestellten mechanischen Antriebsenergie in elektrische Energie (Generator) sowie bei der Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie im elektrischen Stellmotor zur Bewältigung der Verstellung der Kegelscheiben. Derartige Energieverluste sind vor allem für Fahrzeuge mit extrem niedrigen Kraftstoffverbrauch nicht akzeptabel.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein möglichst kompaktes und nur geringe energetische Stellverluste aufweisendes Stellsystem für die axial verschiebbare Kegelscheibe eines Kegelscheibensatzes eines derartigen Ge­ triebes vorzustellen. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Die erfindungsgemäße Anordnung des den Verstellmechanismus mechanisch direkt antrei­ benden Planetengetriebes direkt auf der Welle des Kegelscheibensatzes führt einerseits zu geringen Leistungsverlusten im Stellsystem und andererseits zu einer sehr kompakten Bauweise. Diese ist besonders dann wichtig, wenn derartige Umschlingungsgetriebe auch in kleinen Kraftfahrzeugen, beispielsweise mit Front-Quer-Einbau des Antriebsaggregates genutzt werden sollen. Zudem erlaubt die vorgestellte Verstellvorrichtung einen ver­ gleichsweise leichten und damit ebenfalls kraftstoffsparenden Aufbau.

Zur besseren Erläuterung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt, in der in schematischer Darstellungsweise die wesentlichen Komponenten eines Kegelschei­ ben-Umschlingungsgetriebes mit der vorgeschlagenen Verstellvorrichtung dargestellt sind. Der Einfachheit halber wurde hier auf die Darstellung der Getriebeausgangswelle des Ke­ gelscheiben-Umschlingungsgetriebes mit dem darauf sitzenden Sekundärkegelscheiben­ satz verzichtet.

In dieser schematischen Darstellung ist mit 1 die axial verschiebbare aber drehfest auf der Primärwelle 2 des Umschlingungsgetriebes angeordnete Kegelscheibe des Primärkegel­ scheibensatzes bezeichnet. Ihr gegenüberliegend ist die mit der Primärwelle 2 drehfest ver­ bundene Kegelscheibe 21 angeordnet. Zwischen beiden Kegelscheiben 1, 21 ist in bekann­ ter Weise ein Übertragungselement 22 angeordnet, das zur Drehmomentübertragung zwi­ schen dem Primär- und dem Sekundärkegelscheibensatz dient. Dieses Übertragungsmittel 22 kann in bekannter Weise als Kette, Schubgliederband oder Riemen ausgebildet sein.

Die axial verschiebbare Kegelscheibe 1 ist über ein Lager 3 auf der Primärwelle 2 gelagert und verfügt über einen hohlwellenartig ausgebildeten Fortsatz 5, an dessen Ende ein Außengewinde 26 ausgebildet ist. Mit diesem Fortsatz 5 ist außerdem ein Zahnrad 15 dreh­ fest verbunden.

Coaxial zur Primärwelle 2 und zum Fortsatz 5 der Kegelscheibe 1 ist ein die Verstellvorrich­ tung 24 für die Kegelscheibe 1 bildendes Planetengetriebe angeordnet, welches ein Son­ nenrad 10 umfaßt das über ein Lager 17 auf der Primärwelle 2 gelagert ist. Dieses Lager 17 ist vorzugsweise als kombiniertes Axial- und Radiallager ausgebildet, wenngleich auch Einzellageranordnungen möglich sind. Dieses Sonnenrad 10 ist an seinem zum Kegel­ scheibensatz 1, 21 weisenden Ende mit einer ein Innengewinde 27 aufweisenden Stell­ hülse 4 verbunden, deren Innengewinde 27 als selbsthemmendes Gewinde ausgebildet ist und mit dem Gewinde 26 der des Fortsatzes 5 im Zahneingriff steht. Das Sonnenrad 10 trägt mittels eines Lagers 28 einen ersten Planetenträger 16, auf dem Stufenplanetenräder 14 angeordnet sind. Die Zahnradstufe 30 mit dem kleineren Durchmesser dieser Stufen­ planetenräder 14 kämmen mit dem Zahnrad 15 auf dem Fortsatz 5 der axial verschiebli­ chen Kegelscheibe 1 sowie mit einem Hohlrad 13, welches über ein Lager 18 auf dem Sonnenrad 10 gelagert und mittels einer Bremse 12 gegen das Getriebegehäuse festlegbar ist. Der größere Verzahnungsdurchmesser 31 der Stufenplanetenräder 14 kämmen dage­ gen mit dem Sonnenrad 10.

Über ein weiteres Lager 19 ist ein zweiter Planetenträger 11 auf dem Sonnenrad 10 gela­ gert, der einen zweiten Satz von Stufenplanetenrädern 8 trägt. Der kleinere Verzahnungs­ durchmesser 32 dieser Stufenplanetenräder 8 kämmt mit dem Sonnenrad 10, während der größere Verzahnungsdurchmesser 33 einerseits mit einem drehfest auf der Primärwelle 2 angeordneten Zahnrad 9 und andererseits mit einem auf dieser Primärwelle 2 über ein La­ ger 20 gelagerten Hohlrad 7 kämmt, welches mittels einer zweiten Bremse 6 am Getriebe­ gehäuse festlegbar ist.

Zur Funktionsweise der direkt von der Primärwelle 2 angetriebenen Verstellvorrichtung 24 für die axial verschiebliche Kegelscheibe 1 ist auszuführen, daß dann, wenn die Kegel­ scheibe 1 nicht axial verstellt wird, das gesamte Planetengetriebe der Verstellvorrichtung 24 als Block um die Primärwelle 2 umläuft, so daß weder in den Wälzlagern noch in den Ver­ zahnungen eine Relativbewegung auftritt.

Durch Betätigen der Bremse 6 wird das Hohlrad 7 gegen das Getriebegehäuse festgelegt. Die Stufenplanetenräder 8 kämmen sodann mit dem Hohlrad 7 und mit dem Zahnrad 9 auf der Primärwelle 2, wobei davon ausgegangen wird, daß der Durchmesser der Sonnenrad­ verzahnung 10 größer ist als der Durchmesser des Zahnrades 9 ist. Dadurch dreht sich das Sonnenrad 10 langsamer als das Zahnrad 9 sowie die Stellhülse 4 langsamer als der Fortsatz 5 der Kegelscheibe 1. Bei dieser Getriebeschaltung wird auch der Planetenträger 11 mitgedreht, während der Stufenplanet 14 lastfrei mit umläuft. Dadurch, daß die Stell­ hülse 4 und der Fortsatz 5 der Kegelscheibe 1 unterschiedliche Drehzahlen aufweisen, wird die Kegelscheibe 1 axial verschoben.

Durch Betätigung der Bremse 12 bei gelöster Bremse 6 wird das Hohlrad 13 gegen das Getriebegehäuse festgelegt. Die Stufenplanetenräder 14 kämmen dabei mit dem Hohlrad 13 und mit dem auf dem Fortsatz 5 der Kegelscheibe 1 drehfest angeordneten Zahnrad 15 sowie mit dem Sonnenrad 10. Bei dieser Getriebeschaltung dreht sich das Sonnenrad 10 schneller als das Zahnrad 15, wobei davon ausgegangen wird, daß der Durchmesser der Verzahnung des Sonnenrades 10 kleiner ist als der Durchmesser des Zahnrades 15 ist. Da­ durch wird erreicht, daß die Stellhülse 4 sich schneller dreht als der Fortsatz 5 der Kegel­ scheibe 1, wodurch eine Verschiebung der Kegelscheibe 1 samt Fortsatz 5 in die andere Richtung erfolgt. In diesem Schaltzustand des Planetengetriebes wird auch der Planeten­ träger 16 mitbewegt, während die Stufenplaneten 8 lastfrei mitlaufen. Durch die Nutzung der Bremsen 6,12 anstelle beispielsweise von Kupplungen läßt sich die Umschaltung der Verstellvorrichtung 24 sehr einfach vollziehen. Außerdem erlaubt die Nutzung der Bremsen 6, 12 eine große Drehzahldifferenz sowie ein geringes Drehmoment, während bei der Nut­ zung von Kupplungen als Schaltglieder des Planetengetriebes geringere Drehzahldifferen­ zen und ein höheres Drehmoment an den Kupplungen zu erwarten sind. Außerdem läßt sich mit den Bremsen 6, 12 einfacher und genauer eine mögliche Schlupfregelung und damit ein sanftes Anfahren und Anhalten des Verschiebevorganges realisieren.

Durch den gewählten Getriebeaufbau der Verstellvorrichtung 24 mit in Hohlrädern 7, 13 umlaufenden Planetenrädern anstelle von um feststehende Achsen drehende Zahnräder läßt sich durch die Halbierung der Drehzahl und der Halbierung der Blindleistung von der einen zur anderen Verzahnung eines Doppelplaneten auch der mechanische Leistungsver­ lust der Verstellvorrichtung nahezu halbieren.

Claims (4)

1. Verstellvorrichtung für ein stufenloses Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe mit einer von einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine antreibbaren Primärwelle (2), einem auf der Primärwelle (2) angeordneten Primärkegelscheibensatz (1, 21) und mit einem in den Primärkegelscheibensatz (1, 21) greifendes Übertragungsmittel (22), wobei der Kegelscheibensatz (1, 21) eine mit der Primärwelle (2) fest verbundene Ke­ gelscheibe (21) und eine drehfest, aber axial auf dieser Welle (2) verschiebbaren Ke­ gelscheibe (1) umfaßt,
bei dem eine als Planetengetriebe ausgebildete Verstellvorrichtung (24) für die Ver­ stellung der axial verschieblichen Kegelscheibe (1) vorgesehen ist,
wobei die Kegelscheibe (1) einen hohlzylindrischen und die Welle (2) umfassenden Fortsatz (5) aufweist, der ein Außengewinde (26) trägt,
und bei dem das Planetengetriebe der Verstellvorrichtung (24) eine Stellhülse (4) an­ treibt, die ein Innengewinde (27) aufweist, welches mit dem Außengewinde (26) des Fortsatzes der Kegelscheibe (1) im Zahneingriff steht,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stellhülse (4) mit einem Sonnenrad (10) fest verbunden ist, welches über ein Lager (17) auf der Welle (2) gelagert ist,
daß der Fortsatz (5) mit einem Zahnrad (15) in Verbindung steht,
daß ein erster Planetenträger (16) und ein zweiter Planetenträger (11) mittels Lager (19, 28) auf dem Sonnenrad (10) drehbar gelagert sind,
daß der erste Planetenträger (16) Stufenplanetenräder (14) trägt, die mit ihren im Durchmesser kleineren ersten Stufen (30) mit dem Zahnrad (15) auf dem Fortsatz (5) und mit einem Hohlrad (13) kämmen,
wobei das Hohlrad (13) auf dem Sonnenrad (10) gelagert und mittels einer Bremse (12) am Getriebegehäuse festlegbar ist,
daß die zweiten im Durchmesser größeren Stufen (31) der Stufenplanetenräder (14) mit einer drehfesten Verzahnung auf dem Sonnenrad (10) kämmen,
daß der zweite Planetenträger (11) Stufenplanetenräder (8) trägt, deren im Durch­ messer kleineren Planetenstufen (32) mit einer weiteren Sonnenradverzahnung auf dem Sonnenrad (10) kämmen und deren im Durchmesser größere Planetenstufen (33) mit einem drehfest mit der Primärwelle (2) verbundenen Zahnrad (9) im Zahnein­ griff stehen,
und außerdem mit einem Hohlrad (7) kämmen, welches auf der Primärwelle (2) über ein Lager (20) drehbar gelagert und mittels einer Bremse (6) am Getriebegehäuse festlegbar ist.

2. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewinde (26, 27) selbsthemmend ausgebildet sind.

3. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohl­ rad (13) auf dem Sonnenrad (10) mittels eines Lagers (18) oder dort schwimmend gelagert ist.

4. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (7) auf der Primärwelle (2) mittels eines Lagers (20) oder dort schwim­ mend gelagert ist.