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Die
vorliegende Anmeldung ist eine Ausscheidungsanmeldung aus
EP 03701585.6 .
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Die
vorliegende Anmeldung betrifft allgemein stufenlos variable Getriebeeinheiten
("Variators") des Toroidlaufring-Reibrollentyps.
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Hauptkomponenten
eines bekannten Toroidlaufring-Reibrollen-Variators
10 des "Volltoroid-" Typs sind in
1 dargestellt.
Hier werden zwei Eingangsscheiben
12,
14 an einer
Antriebswelle
16 zur Drehung mit dieser angebracht und
weisen jeweilige Teiltoroidflächen
18,
20 auf,
die zu entsprechenden Teiltoroidflächen
22,
24 hin
gerichtet sind, welche auf einer zentralen Ausgangsscheibe
26 ausgebildet
sind. Die Ausgangsscheibe ist so gelagert, um unabhängig von
der Welle
16 drehbar zu sein. Antrieb von einem Motor oder
anderen Antriebsmotor eingegeben über die Welle
16 und
Eingangsscheiben
12,
14 wird zu der Ausgangsscheibe
26 über einen
Satz von Rollen übertragen,
die in den Toroidhohlräumen
angeordnet sind. Eine einzelne repräsentative Rolle
28 ist
dargestellt, aber typischerweise sind drei solcher Rollen in beiden
Hohlräumen
vorgesehen. Eine Endlast, die über
den Eingangsscheiben
12,
14 durch eine hydraulische
Endbelastungseinrichtung
15 angelegt wird, liefert Kontaktkräfte zwischen
Rollen und Scheiben, um Übertragung
von Antrieb zu ermöglichen. Antrieb
wird von den Ausgangsscheiben zu anderen Teilen des Getriebe überführt, typischerweise
einem Umlaufmischer, wie es im technischen Gebiet bekannt und z.
B. in der Europäischen
Patentanmeldung 85308344.2 (veröffentlicht
als
EP 0185463 ) beschrieben
ist. Jede Rolle ist in einem jeweiligen Wagen
30 angebracht,
der seinerseits an eine Hydraulikbetätigungseinrichtung
32 gekoppelt
ist, wodurch eine gesteuerte Übersetzungskraft
an die Kombination aus Rolle/Wagen entlang einer Richtung allgemein
quer zu der durch die Welle
16 definierten Hauptachse angelegt
werden kann.
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Die
Bewegung der Rolle kann in drei Komponenten aufgespalten werden:
- i. ein Drehlager 35 des Wagens 30 lässt die
Rolle um ihre eigene Symmetrieachse ("die Rollenachse") rotieren, wenn sie durch die zugehörige Eingangsscheibe 12 oder 14 angetrieben
wird, und natürlich
ist es diese Drehbewegung, die Antrieb zwischen den Variatorscheiben überträgt;
- ii. in der Anordnung des Standes der Technik von 1 kann
der Kolben 34 der Betätigungseinrichtung 32 innerhalb
seines Zylinders rotieren, mit daraus resultierender Präzession
der Rolle. Das heißt,
der Wagen 30, Kolben 34 und die Rolle 28 können um
eine Achse CA rotieren. Der Ausdruck "Präzession" wird in diesem Kontext
verwendet, um auf eine Rotation der Rollenachse zu verweisen. Äquivalent
kann man sagen, dass solche Präzession
eine Änderung
in der Neigung der Rolle beinhaltet. Die Achse CA, um die die Rolle Präzession
ausführt,
wird als die "Rollenlaufachse" bezeichnet; und
- iii. die Rolle/der Wagen können
sich übersetzend entlang
einer Richtung am Umfang zu der Hauptachse bewegen, wenn der Kolben 34 sich
entlang seines Zylinders bewegt. Bei solcher Übersetzungsbewegung wird die
Rollenmitte beschränkt, dem
Mittelkreis des durch die Variatorscheiben definierten Torus zu
folgen, da Verlassen dieses Kreises bedeuten würde, die Scheiben gegen die Endlast
weiter auseinander zu drängen.
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Wie
es einer sachkundigen Person bewusst ist, ändert die vorgenannte Präzession
der Rolle um die Rollenlaufachse die relativen Durchmesser der Wege,
welche durch eine Rolle auf ihren zugehörigen Eingangs- und Ausgangsscheiben
verfolgt werden, wodurch das Übersetzungsverhältnis des
Variators geändert
wird. Es ist in 1 zu sehen, dass die Rollenlaufachse
CA, die durch die Positionierung der Betätigungseinrichtung 32 in
Bezug zu den Scheiben 12, 26 bestimmt wird, bei
einem Winkel C zu einer Ebene liegt, die senkrecht zu der Hauptachse
ist. Dieser Winkel C ist der "Rollenlaufwinkel" und hat eine wichtige
Auswirkung auf Variatorsteuerung. Wenn der Variator läuft, besteht
die Auswirkung der Scheiben auf die Rolle darin, sie zu einer Ausrichtung hin
zu drängen,
in der die Rollenachse die Hauptachse kreuzt, wie es den Fachleuten
in diesem Gebiet gut bekannt ist. Übersetzungsbewegung der Rolle entlang
der Umfangsrichtung, z. B. aufgrund einer Änderung in der durch die Betätigungseinrichtung 32 angelegten
Kraft, hat die Tendenz, die Rollenachse von der Überkreuzung mit der Hauptachse
weg zu bewegen. Eine solche Übersetzungsbewegung
wird jedoch von Präzession
der Rolle um die Rollenlaufachse begleitet, welche kraft des Rollenlaufwinkels die
Rollenachse zurück
in Überkreuzung
mit der Hauptachse und folglich zu einer stabilen Position bringt.
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Der
Variator von 1 ist vom "Drehmomentsteuer-" Typ. Die (steuerbare) Kraft, die durch jede
Rolle durch ihre zugehörige
Betätigungseinrichtung 32 angelegt
wird, muss für
Gleichgewicht durch die Reaktionskräfte ausbalanciert werden, die
auf die Rolle durch die angrenzenden Scheiben ausgeübt werden.
Die durch die Scheiben auf die Rolle ausgeübte Gesamtkraft ist proportional
zu dem sogenannten Reaktionsmoment. Folglich bewegen sich die Rollen
automatisch und führen
Präzession
zu Positionen aus, in denen sie zum Übertragen eines durch die Betätigungseinrichtungskräfte bestimmten
Drehmoments dienen. Das Prinzip ist im technischen Gebiet gut bekannt.
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Einige
weitere Variatorkonfigurationsfragen müssen verstanden werden, um
die vorliegende Erfindung in allen ihren verschiedenen Ausführungsformen
anzuerkennen.
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Die
Größe des Rollenlaufwinkels
beeinflusst Variatorleistung. Ein kleiner Rollenlaufwinkel kann dazu
führen,
dass der Variator wenig gedämpft
ist, wodurch die Rollen eine Tendenz erhalten, über die Gleichgewichtsposition
hinaus zu schießen
und unerwünscht
zu oszillieren. Die in 1 dargestellte Geometrie unterwirft
den Rollenlaufwinkel einer Grenze in Bezug zu dem Durchmesser der
Scheiben und ihrer Trennung. Während
ein passender Rollenlaufwinkel bei bekannten Variatoren dieses Typs
erreicht wird, würde
größere Entwurfsfreiheit
zur Verfügung
stehen, wenn diese Grenze vermieden werden könnte.
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Die
Masse des Variators und seine Außenform sind äußerst wichtig,
da er typischerweise in dem begrenzten Raums installiert werden
muss, der innerhalb eines Kraftfahrzeugmotorfachs verfügbar ist.
Praktische Ausführungsformen
der Anordnung von 1 wiesen "Lappen" auf, die an der Außenseite des Variatorgehäuses zum
Aufnehmen der Betätigungseinrichtungen 32 vorstehen,
welche, da sie vom doppeltwirkenden Typ sind (mit Arbeitskammern auf
jeder Seite der Kolben), unvermeidbar lang sind, und radial nach
außen
von den Scheiben positioniert werden mussten. Diese Lappen können Schwierigkeiten
beim Einsetzen des Variators in ein Fahrzeug erzeugen. Allgemeiner
ausgedrückt,
ist es seit langem erkannt worden, dass sich innerhalb der Variatorkonfiguration
ein großes
Volumen von leerem Raum, das keinem nützlichen Zweck dient, in den
Toroidhohlräumen
zwischen den Scheiben befindet, und dass es vorteilhaft wäre, diesen
Raum in Gebrauch zu nehmen, um das Gesamtvolumen des Variators zu
reduzieren: wo die Rollen durch lineare Betätigungseinrichtungen wie zum
Beispiel Hydraulikkolben gesteuert werden, hat sich dies jetzt als
eine Herausforderung herausgestellt.
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Es
hat Variatoren gegeben, in denen die Rollen mittels eines gegenüberliegenden
Paars einzeln wirkender Kolben gesteuert wurden, einer an jedem Ende
des Rollenwagens, jeder aufgenommen in einem jeweiligen Zylinder.
Die Kolben und Zylinder lagen in solchen Anordnungen auf einer gemeinsamen Achse
(der Rollenlaufachse) abgewinkelt zu der radialen Ebene (wobei der
betreffende Winkel der Rollenlaufwinkel ist), um Drehung der Rolle
zu ermöglichen.
Hier lagen die Betätigungseinrichtungen
jedoch wiederum außerhalb
der Scheiben, was eine sperrige, ungleichmäßig geformte Packung ergab.
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Eine
weitere Entwurfsüberlegung
ist hier als "axiale
Nachgiebigkeit" bezeichnet.
Unter der beträchtlichen
Axialkraft, die durch die Endbelastungseinrichtung 15 angelegt
wird, welche in Betrieb in Bezug zu dem Reaktionsmoment variiert
wird, bewegen sich die Toroidflächen 18, 20 der
Scheiben in einer Richtung entlang der Hauptachse, größtenteils
aufgrund von Nachgiebigkeit in den Scheiben, ihren Halterungen,
der Welle, etc. Eine solche nachgiebige Bewegung der Scheiben kann
in der Größenordnung von
1 mm liegen. Die Rollen 28 müssen zu irgendeiner entsprechenden
Bewegung entlang der Richtung der Hauptachse zusammen mit den Scheibenflächen in
der Lage sein. Diese Bewegung wird in der Anordnung von 1 direkt
durch geringfügige
Winkelbewegung des Kolbens 34 in seinem Zylinder bereitgestellt.
Bereitstellen der erforderlichen Axialbewegung in dem Typ von Anordnung,
auf den oben Bezug genommen wird, bei dem jede Rolle zwischen einem Paar
von Betätigungseinrichtungen
angeordnet ist, ist weniger direkt.
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Eine
letzte Entwurfsüberlegung
betrifft Abnahme des Antriebs von dem Variator. Dies kann mittels
einer Kette erfolgen, die auf Verzahnungen läuft, welche auf der radial äußeren Fläche der
zentralen Scheibe 26 ausgebildet sind. Es ist jedoch in
einigen Zusammenhängen
(insbesondere, wenn das Getriebe in einem Fahrzeug mit Heck- oder
Allradantrieb zu verwenden ist) zu bevorzugen, Abnahme von Antrieb von
der zentralen Scheibe zu einer Komponente einzurichten, die auf
der Hauptachse liegt. Dieser Typ von "koaxialem Antrieb" kann sehr kompakt sein und es ist erwünscht, ihn
in einer einfachen Weise bereitzustellen.
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Im
Verlauf einer Prüfung
des Standes der Technik, die vor der Einreichung für ein Patent
durchgeführt
wurde, ist der Anmelder auf das US-Patent 1002479 aufmerksam geworden,
das 1964 eingereicht wurde. Darin ist ein Variator offenbart, dessen Rollen
an rollentragenden "Armen" in einer Weise angebracht
sind, welche den Rollenachsen erlaubt, Präzession in Bezug zu den Armen
auszuführen,
um das Übersetzungsverhältnis des
Variators zu ändern. Der
betreffende Variator ist jedoch von einem Typ, in dem alle drei
Rollen mittels einer gemeinsamen zentralen Hülse zu betätigen sind, wobei Drehung derselben
die Arme 42 und folglich die Rollen verschiebt. Solche
Anordnungen haben sich als unzweckmäßig herausgestellt. Zum Erreichen
von "Ausgleichung", d. h. zum Sicherstellen,
dass alle der durch die gemeinsame Hülse betätigten Rollen sich selbst anordnen,
um bei dem gleichen Verhältnis
zu laufen, erfordert mechanische Anordnung, die sich als nicht zufriedenstellend
herausgestellt hat.
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Als
Reaktion auf die obigen Anforderungen ist ein Variator erfunden
worden, bei dem die Ausrichtung des Wagens beschränkt ist,
die Rolle jedoch an den Wagen durch eine Lageranordnung gekoppelt ist,
um so die Rollenachse in die Lage zu versetzen, Präzession
in Bezug zum Wagen zum Ändern
des Übersetzungsverhältnisses
auszuführen.
Ein Problem entsteht dadurch, dass eine große Druckkraft an die Rolle
entlang ihres Durchmessers angelegt wird. Die neue Anordnung weist
ein Drehlager innerhalb der Rolle auf, das Bindung und Abnutzung
ausgesetzt werden würde,
wenn es einer solchen Kraft widerstehen sollte.
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US-A-5
395 292, welches so betrachtet wird, dass es den nächsten Stand
der Technik darstellt, zeigt eine Rollen- und Lagerbaugruppe für eine stufenlos
variable Reibrollengetriebeeinheit, bei der die Rolle einen äußeren Umfang
zum Laufen auf einem Paar von Übertragungslaufringen
zum Übertragen von
Antrieb von der einen zur anderen hat, und eine runde Rolle aufweist,
die an die Rolle durch die Übertragungslaufringe
angelegter Druckkraft aufgesetzt wird. Die Rolle ist an einer axialen
Welle angebracht, die sich über
die Rolle hinaus erstreckt, um durch jeweilige Lager auf jeder Seite
der Rolle aufgenommen zu werden.
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Der
vorliegenden Erfindung zufolge wird eine Rollen- und Lagerbaugruppe
für eine
stufenlos variable Reibrollengetriebeeinheit geschaffen, wobei die Rolle
einen äußeren Umfang
zum Laufen auf einem Paar Übertragungslaufringen
zum Übertragen
von Antrieb von einem zum anderen hat, und einen Ring zum Tragen
einer Druckkraft aufweist, die an die Rolle durch die Übertragungslaufringe
angelegt wird, wobei das Lager ein Drehlager angeordnet innerhalb des
Rollenrings aufweist, und einen inneren und äußeren Lagerlaufring umfasst,
wobei ein Kopplung zwischen dem Rollenring und dem Lager vorgesehen ist,
die zur drehbaren Anbringung der Rolle an dem Lager und zum Anpassen
von Verformung des Rollenrings aufgrund der Druckkraft ohne entsprechende
Verformung des äußeren Lagerlaufrings
dient.
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Es
sollen nun bestimmte Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung nur als Beispiel unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
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1 eine
vereinfachte Ansicht eines bekannten Variatortyps entlang einer
radialen Richtung ist;
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2 eine
vereinfachte Ansicht entlang einer Hauptachse einiger Hauptkomponenten
eines die vorliegende Erfindung verkörpernden Variators ist;
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3 2 entspricht,
aber eine Kombination aus Rolle/Wagen des Variators an einem Endpunkt
ihrer Bewegung zeigt;
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4 den 2 und 3 entspricht,
jedoch die Kombination aus Rolle/Wagen an dem entgegengesetzten
Endpunkt ihrer Bewegung zeigt;
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5 eine
perspektivische Darstellung der in den 2 bis 4 zu
sehenden Komponenten ist;
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6 eine
Draufsichtdarstellung der gleichen Komponenten ist;
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7 eine
perspektivische Darstellung einer Hälfte einer Baugruppe aus Rolle/Wagen
zum Gebrauch in einem die vorliegende Erfindung verkörpernden
Variator ist, wobei ein Schnitt durch die Rolle und eine zugehörige Lageranordnung
freigelegt ist;
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8 eine
perspektivische Darstellung der Baugruppe aus Rolle/Wagen ist;
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9 eine
Ansicht von Hauptkomponenten des Variators entlang der Richtung
einer Hauptvariatorachse ist;
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10 eine
vereinfachte Ansicht eines Variators ist, der Aspekte der vorliegenden
Erfindung verkörpert;
und
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11 und 12 Schnittansichten
in einer axialen Ebene von Anordnungen aus Rolle/Lager sind, die
Aspekte der vorliegenden Erfindung verkörpern.
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Die 2 bis 6 dienen
zum Verdeutlichen eines bestimmten Aspekts der Geometrie eines die
vorliegende Erfindung verkörpernden
Variators und sind der Deutlichkeit zuliebe vereinfacht worden. Jede
dieser Zeichnungen zeigt nur eine einzige Variatorscheibe 100 und
eine einzige Rolle 102, obwohl in der Praxis natürlich eine
weitere Scheibe vorhanden sein muss (und typischer drei weitere
Scheiben zum Begrenzen von zwei Toroidhohlräumen, wie in 1),
und enthält
der oder jeder Hohlraum einen Satz von um den Hohlraum verteilten
Rollen, wobei typischerweise drei Rollen pro Hohlraum vorgesehen sind.
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In
der dargestellten Anordnung ist jede Rolle 102 in einem
Wagen 104 angebracht, der ein sich tangential erstreckendes
Glied 106 aufweist, welches radial innerhalb der Rolle
(in Bezug zu einer durch eine Hauptwelle 108 definierte
Hauptachse) liegt. Beide Enden des Glieds 106 tragen einen
jeweiligen Kolben 110, 112 und beiden Kolben werden
in einem jeweiligen Zylinder 114, 115 aufgenommen.
Diese Zylinder sind natürlich
in einem Variatorgehäuse
untergebracht, das selbst nicht gezeigt ist. Die Rollen werden jeweils durch
eine Lageranordnung an einem Schaft 116 angebracht, der
von dem Wagenglied 106 in einer Richtung allgemein radial
nach außen
vorsteht. Die Lageranordnung soll im Folgenden detailliert beschrieben
werden.
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Bei
Betrachtung von 6, wird erkannt werden, dass
beiden Kolben 110, 112 Achsen P1 und P2 aufweisen,
die in Ebenen senkrecht zu der Hauptachse liegen. Die Kolben sind
jedoch nicht miteinander ausgerichtet. Stattdessen ist ein Kolben
um einen Abstand D entlang der Richtung der Hauptachse M von dem
anderen versetzt. Diese axiale Versetzung ist äußerst vorteilhaft unter einem
Packungsgesichtspunkt betrachtet, wie deutlich werden wird. Trotz
der relativen axialen Verschiebung der beiden Kolben 110, 112 ist
die gesamte Baugruppe der Kolben 110, 112 und
des mit diesen verbundenen Wagens 104 zu begrenzter Drehung
in der Lage, wobei diese um eine Wagenachse erfolgt, die nicht in 6 angezeigt
ist (sie ist bei PA in 2 zu sehen), und die die Mittelpunkte
der beiden Kolben verbindet. Eine solche Drehung der Baugruppe aus
Kolben/Wagen beinhaltet ein gewisses Schieflaufen der Kolben in
ihren Zylindern, da die Wagenachse nicht parallel zu den Kolbenachsen
ist, aber dies kann mittels Dichtungsringen in Umfangsnuten 118 ausgeglichen
werden, durch die die Kolben an den Zylindern abdichten. In einer
alternativen Ausführungsform
(nicht gezeigt) kann solche begrenzte Drehbewegung des Wagens bereitgestellt
werden, indem der Wagen mit beiden Kolben durch jeweilige Gelenkverbindungen,
wie zum Beispiel Kugelgelenke, verbunden wird.
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Die
vorgenannte Drehbewegung des Wagens 104 wird in jedem Fall
streng durch die Wechselwirkung der Rolle 102 mit den Variatorscheiben beschränkt, wie
nun unter besonderer Bezugnahme auf 2 erklärt werden
soll. In dieser Zeichnung ist die Wagenachse bei PA angezeigt, wobei
sie die Mitten beider Kolben 110, 112 durchquert.
Eine Strichellinie CC stellt den Mittelkreis des durch die Variatorscheiben
definierten Torus dar, von denen eine bei 100 zu sehen
ist. Die Position des Mittelkreises ist am besten in 5 zu
sehen. Die Mitte der Rolle 102 liegt, wie oben festgestellt
ist, auf dem Mittelkreis CC des durch die Variatorscheiben definierten
Torus.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die Wagenachse PA entlang einer radialen
Richtung von der Rolle, und folglich von dem Mittelkreis CC versetzt ist.
Die Versetzung ist bei OF in
-
2 angezeigt.
In der dargestellten Ausführungsform
ist die Wagenachse PA radial nach innen von der Rolle versetzt,
was unter einem Packungsgesichtspunkt betrachtet vorteilhaft ist. Nichtsdestoweniger
könnte
ein funktionaler Variator hergestellt werden, in dem die Versetzungsrichtung umgekehrt
wäre – d. h.
die Wagenachse PA befände sich
radial nach außen
von der Rolle.
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Aufgrund
der radialen Versetzung verursacht eine jegliche Drehung des Wagens 104 um
die Wagenachse PA Bewegung der Mitte der Rolle 102 entlang
einer Richtung allgemein parallel zu der Hauptwelle 108.
Wie jedoch oben ausgeführt
wurde, muss die Mitte der Rolle 102 jedoch immer mit dem
Mittelkreis des durch die Variatorscheiben 100 definierten Torus
zusammenfallen. Folglich wird eine jegliche Drehbewegung des Wagens 104 um
seine Achse PA streng beschränkt.
Tatsächlich
wird die Drehposition des Wagens um die Wagenachse durch die Position der
Variatorscheiben 100 vorgeschrieben. Wie oben ausgeführt ist,
unterliegt die Position der Scheiben 100 geringfügiger Änderung.
Unter der Endlast des Variators können sich die Scheiben geringfügig entlang
der Richtung der Hauptwelle 108 bewegen. Eine solche Bewegung
der Scheiben wird durch eine entsprechende Bewegung der Rollen 102 entlang
der gleichen Richtung begleitet und dies wird in der dargestellten
Ausführungsform
kraft geringfügiger
Drehbewegung des Wagens 104 um die Wagenachse PA angepasst.
Folglich liefert die radiale Versetzung die erforderliche "axiale Nachgiebigkeit" in der Rollenposition
und beschränkt
gleichzeitig die Drehposition des Wagens.
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In
der in 1 dargestellten Anordnung des Standes der Technik
wird die zum Ändern
des Übersetzungsverhältnisses
des Variators benötigte
Präzession
der Rollenachse ermöglicht
kraft der Freiheit der Rolle und des Wagens 28, 30 zusammen
um die durch die Betätigungseinrichtung 32 definierte
Rollenlaufachse zu rotieren. In der vorliegenden Ausführungsform
ist aber dieser Ansatz, die Rolle und den Wagen zusammen zum Ändern des
Winkels der Rollenachse rotieren zu lassen, nicht möglich, da
die Drehposition des Wagens kraft der Versetzung OF beschränkt ist.
Stattdessen erlaubt die Lageranordnung, durch die die Rolle 102 der
vorliegenden Ausführungsform
an dem Wagen 104 angebracht wird, Präzession der Rolle in Bezug
zum Wagen, um den Winkel der Rollenachse zu ändern. Das Prinzip wird von
einem Vergleich der 2, 3 und 4 deutlich
werden, die die Baugruppe aus Rolle/Wagen an verschiedenen Positionen
in ihrer Bewegung zeigen. Die Ausrichtung des Wagens 104 ist überall unverändert, aber
der Winkel der Rollenachse – und
natürlich
der Rolle selbst, ist geändert,
um dementsprechend das Übersetzungsverhältnis des
Variators zu ändern.
Die Lageranordnung, die diese Präzession der
Rolle 102 in Bezug zu ihrem Wagen 104 ermöglicht,
soll nun unter Bezugnahme auf die 7 und 8 beschrieben
werden. Bestimmte, in diesen Zeichnungen gezeigte Komponenten sind
auch in den 2 bis 6 zu sehen,
und es werden überall die
gleichen Bezugsziffern für
diese verwendet.
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Die
Rolle 102 ist in 7 so zu
sehen, dass sie eine kreisförmige
Außenfläche 200,
welche natürlich
auf den Variatorscheiben läuft,
und eine kreisförmige
Innenfläche 202 aufweist,
die an einen äußeren Laufring 203 eines
Drehlagers 204 des Kugellaufringtpys durch ein elastisches
Distanzstück 206 gekoppelt
ist. Die Funktion des Distanzstücks 206 soll im
Folgenden erklärt
werden. Der innere Laufring 205 des Drehlagers 204 weist
an seiner Mitte eine Kreisöffnung auf, wodurch eine Innenfläche bereitgestellt wird,
die bei 208 so zu sehen ist, dass sie zum Bilden eines Teils einer
Kugel geformt ist. Die Innenfläche 208 läuft auf
einer Kugel 210 zum Bilden eines Kugelgelenks, das das
Drehlager 204 (und folglich die Rolle 102 selbst)
anbringt. Die Kugel 210 wird ihrerseits an dem Schaft 116 angebracht,
der (in einer Richtung allgemein radial nach außen von der Achse der Hauptwelle
des Variators) von dem Wagenglied 106 vorsteht.
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Das
Kugelgelenk 208, 210 ermöglicht die erforderliche Präzession
der Rollendrehachse (der Achse des Drehlagers 204). Es
wird jedoch darauf hingewiesen, dass diese Präzession aufgrund einer Zunge 212 beschränkt ist,
die nach außen
von der Kugel 210 vorsteht und in einem entsprechenden Schlitz
aufgenommen wird, der in der Teilkugelfläche 208 des inneren
Laufrings 205 ausgebildet ist. Zusätzlich wird die Ausrichtung
der Zunge 212 in Bezug zum Wagen mittels einer Keilnut 214 fixiert,
die an dem Schaft 116 ausgebildet ist und mit einem angrenzenden,
inneren Teil der Zunge 212 in Eingriff kommt, um Drehung
der Kugel 210 und der Zunge 212 um den Schaft
zu verhindern. Die Auswirkung besteht darin, die Rolle (oder äquivalent
ihre Drehachse) Präzession
nur um eine gewählte "Rollenlauf-" Achse senkrecht
zu einer Hauptfläche 216 der Zunge
ausführen
zu lassen.
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In
den 7, 8 und 9 ist zu
sehen, dass die Rollen 102 teilweise durch jeweilige Abdeckungen 217 umschlossen
sind. Diese werden zum Vereinfachen der Bereitstellung von Ölflüssigkeit
(als "Traktionsflüssigkeit" bezeichnet) zu den
Rollen verwendet. Die Rolle wird dadurch gekühlt und ein Film der Flüssigkeit
wird auf der Rollenoberfläche
zwischen den Variatorscheiben und den Rollen gehalten. Wie der Fachperson
bewusst ist, wird Antrieb durch diesen Flüssigkeitsfilm aufgrund von
Schub desselben übertragen.
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Um
nun die Funktion des elastischen Distanzstücks 206 zu erklären, muss
erkannt werden, dass in Betrieb die auf die Rolle 102 einwirkenden beiden
Variatorscheiben eine große
Druckkraft entlang eines Durchmessers der Rolle ausüben, die
die Tendenz hat, sie etwas zu verformen, um so den Außen- (200)
und Innen- (202) Durchmesser der Rolle entlang dieser Richtung
zu reduzieren. Wenn diese Druckkraft zu dem Drehlager 204 und
zu dem Kugelgelenk 208, 210 übertragen werden würde, würde die Auswirkung
sein, dass eine Tendenz derselben zu Biegung hervorgerufen wird.
Abnutzung des Drehlagers 204 und Reibungsverluste darin
würden
unerwünscht
erhöht
werden. Zur Vermeidung dieses Problems kann in der dargestellten
Ausführungsform
die Rolle 102 selbst so betrachtet werden, dass sie einen Ring
bildet, der die Druckkraft trägt.
Das zwischen der Rolle und der Lageranordnung eingefügte Distanzstück 206 koppelt
eine an die andere, passt jedoch die vorgenannte Verformung des
Rollenrings aufgrund der Druckkraft an, ohne diese Kraft zur Lageranordnung
zu übertragen.
Das Distanzstück
kann als ein Band aus welligem Federstahl gebildet werden. Solche
Komponenten, die als "Toleranzringe" bezeichnet werden,
sind für
sich genommen zum Gebrauch z. B. beim Anbringen von Getrieben in
Situationen bekannt, in denen eine radiale Belastung auf einem Lager
trotz Wärmeausdehnungseffekten
konstant sein muss.
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Zurückkehrend
zu 5, ist die mittels der Zunge 212 definierte
Rollenlaufachse bei CA zu sehen. Die Rollenachse (selbst nicht in
der Zeichnung dargestellt) liegt immer in einer Ebene senkrecht
zu der Rollenlaufachse, trotz Präzession
der Rolle. Es wird darauf hingewiesen, dass die Rollenlaufachse um
einen Winkel CA zu einer Ebene geneigt ist, die senkrecht zu der
Achse der Hauptwelle des Variators ist. Dieser Winkel ist der "Rollenlaufwinkel", dessen Bedeutung
oben erklärt
wurde. Da der Rollenlaufwinkel einfach durch den Aufbau der Rollenlageranordnung
(oder spezifisch, in der dargestellten Ausführungsform, durch die Ausrichtung
der Zunge 212) bestimmt wird, kann er so gewählt sein,
dass er irgendeinen Wert aufweist, der unter dem Gesichtspunkt von
Variatorfunktion betrachtet am stärksten bevorzugt ist. Ein großen Rollenlaufwinkel,
der nicht mit der Anordnung des Standes der Technik von 1 erreichbar
ist, kann zum Erhöhen
von Dämpfung
der dadurch gelieferten Rollenbewegung verwendet werden.
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Es
wird verstanden werden, dass, wenn die Kolben 110, 112 sich
entlang ihrer Zylinder 114, 115 bewegen, der Wagen
entlang einer geraden Linie bewegt wird. Eine solche Bewegung des
Wagens muss jedoch durch Bewegung des Mittelpunkt der Rolle entlang
eines gekrümmten
Weges begleitet sein, da die Rollenmitte dem Mittelkreis des Toroidhohlraums folgt.
Folglich muss für
eine gewissen Bewegung (Spiel) der Rolle in Bezug zum Wagen gesorgt
werden, und dies wird in der dargestellten Ausführungsform realisiert, indem
der Kugel 210 die Freiheit gegeben wird, sich geringfügig den
Schaft 116 hinauf und hinab zu bewegen, wie oben erklärt ist.
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Es
ist oben festgestellt worden, dass die dargestellte Anordnung der
Rolle, des Wagens und zugehöriger
Betätigungselemente
vorteilhaft hinsichtlich kompakter Packung des Variators ist. Die
Gründe hierfür sollen
nun unter besonderer Bezugnahme auf 9 erklärt werden,
in der alle drei der Rollen 102 in einem Hohlraum des Variators
zusammen mit ihren zugehörigen
Komponenten zu sehen sind. Sechs Hydraulikzylinder sind bei 114, 115, 220, 222, 224 und 226 angezeigt.
Es wird darauf hingewiesen, dass benachbarte Paare von Zylindern
wie zum Beispiel 114 und 220 sich überlappen,
wie entlang der Richtung der Hauptachse zu sehen ist. Einer ist
neben dem anderen platziert und die beiden Zylinder eines solchen
Paars sind voneinander entlang einer Richtung allgemein parallel
zu der Hauptachse verschoben. Dieses überlappende Verhältnis wird
durch die relative axiale Verschiebung D der beiden auf einen bestimmten
Wagen 104 einwirkenden Zylinder ermöglicht. Es ermöglicht Bewegung
der Positionen der Zylinder radial nach innen verglichen mit früheren Variatoranordnungen,
um die Größe jeglicher "Lappen" zu reduzieren, die
an der Außenseite
des Variatorgehäuses
zum Aufnehmen der Zylinder benötigt werden.
Außerdem
ist zu sehen, dass die Zylinder teilweise in dem Hohlraum zwischen
der ersten Variatorscheibe 100 und ihrer Gegenscheibe (nicht
zu sehen) liegen. In früheren
Variatoren, die Hydraulikbetätigungseinrichtungen
mit "doppeltem Ende" verwenden (wie oben
in der Beschreibung des Standes ausgeführt), wurde der Rollenlaufwinkel
durch die Positionen der Zylinder vorgeschrieben, und Platzieren
der Zylinder zwischen den Scheiben hätte folglich unerwünscht den
Rollenlaufwinkel begrenzt. Diese Schwierigkeit tritt in der dargestellten
Anordnung nicht auf, da der Rollenlaufwinkel stattdessen in Bezug
zu den Wagen 104 definiert ist. Zusätzlich besteht das Ergebnis
der radialen Versetzung OF (2) in einer
Bewegung aller der Zylinder in Richtung auf die Hauptachse M und
daher erneut einer Reduzierung ihres Vorstehens. Somit wird durch Platzierung
der Zylinder zumindest teilweise innerhalb der Toroidhohlräume die
Masse des Variators reduziert.
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10 stellt
in schematischer Form eine Anordnung zur Abnahme von Antrieb von
dem Variator dar. In dieser Anordnung sind die beiden äußeren Variatorscheiben 300, 302 an
der Hauptwelle 304 verzahnt oder verkeilt, wie bei 306 angezeigt
ist. Es ist ferner erforderlich, Antrieb von der inneren Scheibenbaugruppe 308 zu
nehmen. Dies kann durch eine Kette, die mit der Außenseite
der Scheibenbaugruppe 308 in Eingriff steht, in einer Weise
erfolgen, die der Fachperson in diesem Gebiet vertraut ist. Es ist jedoch
erwünscht
für einige
Variatorinstallationen, stattdessen Antrieb durch eine Komponente
abzunehmen, die um die durch die Welle 310 begrenzte Hauptvariatorachse
rotiert. Eine besonders direkte Art, dies zu erreichen, wie in 10 gezeigt
ist, besteht darin, an die innere Scheibenbaugruppe 308 einen
als eine Trommel 312 ausgebildeten Rotor zu koppeln, der
radial außerhalb
von den Variatorscheiben liegt und sich entlang der axialen Richtung
zu einem Bereich 314 jenseits der äußeren Scheibe 302 erstreckt.
Weitere Getriebe, nicht dargestellt aber typischerweise vom Umlauftyp,
können
mit der Trommel 312 in diesem Bereich in Eingriff gebracht
werden.
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Dieser
Typ von Kraftabnahmeanordnung ist seit langem durch den Anmelder
als erwünscht
erkannt worden – und
ist tatsächlich
in früheren
Prototypvariatoren nicht unter Verwendung linearer Betätigungseinrichtungen
zum Steuern der einzelnen Rollen umgesetzt worden – ist jedoch
bisher nicht praktikabel in Verbindung mit Rollen gewesen, die solche Betätigungseinrichtung
verwenden, da das radiale Vorstehen der Rollensteuerzylinder in
früheren
solchen Anordnungen bedeutete, dass der zum Freisetzen der Zylinder
benötigte
Durchmesser der Trommel 312 übermäßig war. Während die Zylinder aus 10 weggelassen
sind, soll verstanden werden, dass sie wie hier vorhergehend unter
Bezugnahme auf die 2 und 9 beschrieben
aufgebaut und angeordnet sind. Infolgedessen ist ihr radiales Vorstehen
minimiert und der Durchmesser der Trommel 312 muss nicht übermäßig sein.
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Die
vorhergehende Ausführungsform
wird nur beispielhaft dargestellt und verschiedene mögliche Modifikationen
innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung werden sich dem
geschulter Leser zweifelsohne darbieten. Zum Beispiel könnte die
radiale Versetzung OF in anderen Ausführungsform (nicht dargestellt)
weggelassen werden. In solchen Ausführungsformen könnte die
Ausrichtung der die Rollen tragenden Wagen in irgendeiner anderen
Weise beschränkt
sein, z. B. durch Ausbilden der Kolben/Zylinderanordnungen mit einem
Keil und einer Keilnut oder einem nichtkreisförmigen Querschnitt, um Drehung
der Kolben zu verhindern. In solchen Ausführungsformen würde typischerweise
irgendeine alternative Art benötigt
werden, um die erforderliche axiale Nachgiebigkeit in der Rollenposition
bereitzustellen, und dies könnte
erfolgen, indem der Lageranordnung irgendein seitliches "Spiel" in Bezug zum Wagen
gegeben wird.
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Während die
Achsen der Rollenbetätigungseinrichtungen,
die bei P1 und P2 in 6 zu sehen sind, in der dargestellten
Ausführungsform
in radialen Ebenen sind und sich nicht überkreuzen, wäre es möglich, beide
Betätigungseinrichtungen
auf einer gemeinsamen Achse auszurichten, geneigt zu der radialen
Ebene.
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Die
dargestellte Lageranordnung wird als besonders gut an die technischen
Anforderungen angepasst betrachtet, aber auch hier sind andere Konstruktionen
möglich.
Zum Beispiel wäre
es zum Definieren der Rollenlaufachse möglich, anstelle der in 7 dargestellten
Zungen- und Schlitzanordnung einen Stift ausgerichtet mit der Rollenlaufachse
zu verwenden und diesen durch die Kugel und die Schale hindurchzuführen, so
dass relative Drehung der Kugel und der Schale nur um die durch
den Stift definierte Achse möglich
ist.
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Die 11 und 12 stellen
zwei mögliche alternative
Konstruktionen der Rolle und ihres zugehörigen Lagers dar. In beiden
Fällen
dient die Anordnung, um das Lager wirksam von der Druckbelastung zu
isolieren, die auf die Rolle durch die Variatorscheiben ausgeübt wird.
Wie vorhergehend ist die Rolle selbst bei 102 angezeigt,
wobei das Drehlager, an dem die Rolle bei 204 gelagert
ist, und das Kugelgelenk Präzession
der Rolle bei 208, 210 zulassen.
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In 11 trägt der äußere Laufring 400 des Drehlagers 204 einen
radial nach außen
offenen Kanal 402, der eine nach innen vorstehende Lippe 404 der
Rolle aufnimmt. Die Lippe ist innerhalb des Kanals aufgrund eines
Flansches 406 innerhalb des Kanals eingefangen, und wird
an diesen durch ein elastisches Band 408 gekoppelt. Verformung
der Rolle verursacht daher Treiben der Lippe weiter in den Kanal 402,
aber diese Bewegung wird ohne entsprechende Verformung des äußeren Laufrings 400 angepasst.
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In 12 steht
eine Lippe 500 radial nach innen von der Rolle 102 vor
und endet in einem Flansch 502, der an den inneren Laufring
des Lagers 204 gekoppelt ist. Der äußere Laufring des Lagers ist an
die Schale 208 durch einen Ring 504 gekoppelt. Wenn
die Rolle radial nach innen durch Druck auf dieselbe entlang der
Richtung des Pfeils D verformt wird, werden der Flansch 502 und
der inneren Laufring des Lagers entsprechend nach innen verformt, aber
da der Raum zwischen den Lagerlaufringen dadurch vergrößert wird,
wird die Funktion des Lagers nicht beeinträchtigt. Das Lager muss nicht
die auf die Rolle angelegte Drucklast tragen.