DE69504455T2

DE69504455T2 - Riemenscheibe

Info

Publication number: DE69504455T2
Application number: DE69504455T
Authority: DE
Inventors: Sebastiaan Pieter Henricus Jozef Nl-6542 Td Nijmegen Bongers
Original assignee: Van Doornes Transmissie BV
Current assignee: Bosch Transmission Technology BV
Priority date: 1994-11-10
Filing date: 1995-10-27
Publication date: 1999-01-14
Anticipated expiration: 2015-10-28
Also published as: US5823903A; DE69504455D1; JPH08210470A; EP0711934B1; CN1128847A; NL9401877A; EP0711934A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Riemenscheibe, insbesondere für eine kontinuierlich variable Transmission (stufenloses Getriebe), die mit zwei Antriebsscheiben auf einer Riemenscheibenwelle versehen ist, wobei die Antriebsscheiben nicht-drehbar auf der Riemenscheibenwelle fixierbar sind und wenigstens eine Antriebsscheibe axial beweglich bzgl. der Riemenscheibenwelle vermittels Bewegungseinrichtungen ist.
Solch eine Riemenscheibe ist bekannt aus der Deutschen Offenlegungsschrift 43 05 102 und wird insbesondere in stufenlosen Getrieben, beispielsweise für Kraftfahrzeuge, verwendet. Ein Antriebsriemen kann zwischen zwei Riemenscheiben eingebracht sein und eine unendliche Anzahl von Übersetzungsverhältnissen können durch Veränderung der radialen Stellungen des Antriebsriemens eingestellt werden. Die Veränderung in der radialen Position des Antriebsriemens wird erreicht, indem man die axiale Stellung der axial beweglichen Antriebsscheibe durch Bewegungseinrichtungen verändert. Hierzu muß die Antriebsscheibe einerseits derart angeordnet werden, daß sie axial auf der Riemenscheibenwelle gleitbeweglich ist und andererseits, um ein Moment übertragen zu können in der Drehrichtung relativ zur Riemenscheibenwelle fixiert sein. Ein nicht-drehbares, jedoch axialfreies Anordnen einer Antriebsscheibe auf der Riemenscheibenwelle ist möglich, beispielsweise vermittels Nut-/Zahnverbindungen etc. wie dies der Fall bei bekannten Riemenscheiben nach der Deutschen Offenlegungsschrift 43 05 102 vermittels Kugel-/Kugelrillenverbindungen ist. Diese bekannten Verbindungen sind teuer und kompliziert und wegen der großen Anzahl von Teilen und der genauen Bearbeitungsvorgänge erfordern sie einen großen Anteil an Montageraum sowohl in der axialen wie in der radialen Richtung.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu überwinden und eine einfache, relativ billige Riemenscheibe zur Verfügung zu stellen, die nur begrenzten Montageraum erfordert. Hierzu zeichnet sich die Riemenscheibe nach der vorliegenden Erfindung dadurch aus, daß wenigstens die bewegliche Antriebsscheibe auf der Riemenscheibenwelle derart angeordnet wird, daß, wenn die Bewegungsmittel der Antriebsscheibe eine stabile axiale Position aufzwingen, die Antriebsscheibe axial relativ zur Riemenscheibenwelle fixiert wird und, daß, wenn die Bewegungsmittel eine Änderung in der axialen Position auf der Antriebsscheibe aufzwingen, die Antriebsscheibe in axialer Richtung und/oder in Drehrichtung relativ zur Riemenscheibenwelle beweglich ist. Aufgrund der Tatsache, daß, wenn eine stabile axiale Position gewünscht wird, die Antriebsscheibe axial relativ zur Riemenscheibenwelle fixiert wird und die Antriebsscheibe nur in der Axialrichtung und/oder in Drehrichtung relativ zur Riemenscheibenwelle beweglich ist, wenn eine Änderung in der Position der Antriebsscheibe gewünscht wird, wird eine einfache relativ preiswerte Riemenscheibe mit begrenztem Montageraum erhalten. Darüberhinaus ist in der stabilen axialen Position die Antriebsscheibe axial nicht nur durch die Bewegungsmittel fixiert sondern auch dadurch, daß die Antriebsscheibe auf der Welle selbst angeordnet ist. Die Antriebsscheibe ist auf diese Weise optimal abgestützt.
Nach einer weiteren Entwicklung der Erfindung ist die Antriebsscheibe kippbar auf der Riemenscheibenwelle angeordnet. Solch ein Design ist besonders vorteilhaft, da wenige oder keine Teile, kritische Bearbeitungsvorgänge und Montageoperationen notwendig sind und ein sehr begrenzter Montageraum erhalten wird. Die Antriebsscheibe der Riemenscheibe nach der Erfindung kann einen Bund umfassen, der sich axial über die Antriebsscheibenwelle erstreckt. Auf diese Weise kann der Bund insbesondere den Kippeffekt unterstützen und verstärken. Wenigstens am Ende des Bundes können wenigstens die Ränder des an die Antriebsscheibenwelle angrenzenden Bundes profiliert, insbesondere abgerundet sein. Die Kontaktspannungen können auf diese Weise begrenzt werden. Das Ende des Bundes nach der Erfindung kann verstellbar mit dem Rest des Bundes verbunden sein, beispielsweise mittels eines elastischen Scharniers, so daß der Kontakt zwischen Bund und Welle optimiert wird.
Die Erfindung macht es auch möglich, die Antriebsscheibenwelle und/oder die Antriebsscheibe und/oder den Bund mit einen oder mehreren Kontaktringen zu versehen. Durch eine geeignete Materialwahl für die Kontaktringe lassen sich die verschiedenen Kontakte entsprechend ihrem Typ optimieren. Für diesen Zweck kann insbesondere ein Kontaktring in selbstnachstellender Weise mit der Antriebsscheibe oder dem Bund selbst verbunden werden.
Eine oder mehrere Kontaktflächen der Kontaktringe oder dergleichen können gehärtet und/oder mit einer geeigneten Oberflächentextur versehen sein, um auf diese Weise einen guten Verschleißwiderstand zu erhalten und die Relativbewegungen der verschiedenen Teile zu unterstützen. Indem man der Oberflächentextur einen größeren Reibungskoeffizient in Umfangsrichtung als in Axialrichtung verleiht, wird eine Relativbewegung der Antriebsscheibe in Drehrichtung subordiniert auf eine Relativbewegung in der Axialrichtung.
Die Antriebsscheibe und/oder deren Bund sind bevorzugt mit enger Toleranz auf der Riemenscheibenwelle angeordnet. Dies verhindert ein Lecken von Fluid unter Druck zwischen der Antriebsscheibe und der Riemenscheibenwelle und begrenzt auch eine Winkelabweichung der Antriebsscheibenflanke. Diese Winkelabweichung der Antriebsscheibenflanke, u. a. als Ergebnis des Verkippens, kann erfindungsgemäß durch eine Korrektur des Flankenwinkels der Antriebsscheibe überwunden werden, insbesondere im Vergleich mit dem Flankenwinkel einer festen Antriebsscheibe.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein stufenloses Getriebe, das mit einer Riemenscheibe nach der Erfindung versehen ist.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung erläutert, in der
Fig. 1 ein stufenloses Getriebe im Querschnitt, versehen mit Riemenscheiben nach dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 2a eine schematisch dargestellte Ausführungsform einer Riemenscheibe nach der Erfindung, insbesondere im Querschnitt zeigt;
Fig. 2b eine schematische Radialansicht einer Riemenscheiben/- Antriebsriemenanordnung zeigt;
Fig. 3a eine schematisch dargestellte (Antriebs-)scheibe auf einer Riemenscheibenwelle mit Kontaktringen zeigt;
Fig. 3b in schematischer Darstellung eine Scheibe auf einer Riemenscheibenwelle mit einem Gleitstück zeigt;
Fig. 3c eine schematische Darstellung einer Scheibe auf einer Riemenscheibenwelle, die mit einem Bund, der über ein elastisches Scharnier verfügt, versehen ist, zeigt;
Fig. 1 zeigt schematisch eine kontinuierlich variable Transmission 1 bzw. ein stufenloses Getriebe 1 mit Antriebsscheiben 3 und 7 nach dem Stand der Technik, die im Getriebegehäuse 11 fixiert sind. Die primäre Riemenscheibe 3 umfaßt die Scheiben 4 und 5 auf einer Primärwelle 2. Die sekundäre Riemenscheibe 7 umfaßt die Scheiben 8 und 9 auf einer Sekundärwelle 6. Die Scheiben 5 und 8 sind beweglich auf den Riemenscheibenwellen 2 bzw. 6 angeordnet.
Die axial bewegliche Scheibe 5 verfügt über Kolben-Zylindermittel 12 mit einer Druckkammer 14 und einer zweiten Druckkammer 13. Die Kammer 25 ist drucklos. Fluid unter Druck wird geliefert und ausgetragen durch geeignete Durchlässe 15 und 16, in diesem Fall in und aus den beiden Kammern 13 und 14, um die axiale Position der Scheibe 5 auf diese Weise zu beeinflussen. Die Druckkammer 13 hat im wesentlichen radial gerichtete Wandungen 18 und 24 und auch eine Wand 19 und eine Welle 2. Die Wand 17 ist gleitbeweglich zwischen der Wand 20 und der zylindrischen Wand 21 der Scheibe 5. Die Wand 17 ruht auch gegen die Wand 19 auf, so daß die Anordnung 17, 19, 24 sowohl als Kolben 17 wie auch als Zylinder 19, 24 wirkt. Die Wand 18 an ihrem eigenen Ende ruht gleitbeweglich auf der Wand 19 und am anderen Ende ist sie unbeweglich an der Wand 20 der Scheibe 5 in dieser Ausführungsform befestigt. Die axial bewegliche Scheibe 8 der Riemenscheibe verfügt über Kolben/Zylindermittel 12', die eine Druckkammer 14' umschließen, die über den Durchlaß 15' versorgt wird.
Ein Antriebsriemen 10 wird um die Riemenscheiben 3 und 7 gelegt und das Verhältnis der radialen Stellungen des Antriebsriemens zwischen den Riemenscheiben 3 und 7 bestimmt das Übersetzungsverhältnis. Diese radialen Stellungen sind variabel und hängen ab von den axialen Stellungen der axial beweglichen Scheiben 5 und 8. Im folgenden wird angenommen, daß die Art, in der ein stufenloses Getriebe 1 arbeitet, ansonsten bekannt ist.
Damit auf der einen Seite das Drehmoment von der Riemenscheibe 2 auf die Scheiben 4 und 5 übertragen wird, andererseits von den Scheiben 8 und 9 auf die Riemenscheibenwelle 6, während die Momentübertragung zwischen den Riemenscheiben 3 und 7 vermittels des Antriebsriemens 10 stattfindet, müssen die Scheiben 4, 5, 8 und 9 in einer im wesentlichen nicht drehbaren Art auf den Riemenscheibenwellen 2 bzw. 6 angeordnet sein. Die Scheiben 5 und 8 müssen jedoch axial beweglich sein, um ein Einstellen des Übersetzungsverhältnisses zu ermöglichen. Damit eine Nicht-Drehpositionierung der Scheiben auf den Riemenscheibenwellen kombiniert mit der Fähigkeit der Antriebsscheiben sich axial bzgl. der Riemenscheibenwellen zu bewegen, möglich wird, sind Kugelrillen 26 in den Riemenscheibenwellen 2 und 6 vorgesehen. Diese Kugelrillen 26 enthalten Kugeln 27, die sich ihrerseits in Kugelrillen 28 in den Wandungen 20 und 29 der Scheiben 5 bzw. 8 erstrecken. Abgesehen davon kann eine nicht-drehende, jedoch axial freie Positionierung der Scheiben 8 und 9 mit den Nut- /Zahnverbindungen anstatt mit den Kugel/Kugelrillen-Verbindungen erzeugt werden. Beide Verbindungen erfordern zusätzliche Teile, genaue mechanische Bearbeitungsvorgänge und zusätzliche Montageoperationen. Diese Verbindungen sind somit teuer und kompliziert. Darüberhinaus ist ein erheblicher Montageraum sowohl in Axial- wie auch in Radialrichtung nicht nur für die Unterbringung von (genügend) Kugeln erforderlich, sondern auch für die mechanische Bearbeitung der Kugelbahnen oder -rillen. Die Rillen oder Kugelbahnen schwächen auch die Riemenscheibenwellen in ungünstiger Weise.
Die in Fig. 2a schematisch gezeigte Ausführungsform der Riemenscheibe nach der Erfindung umfaßt eine (Antriebs-)scheibe 31, die unbeweglich auf der Riemenscheibenwelle 30 befestigt ist sowie eine bewegliche (Antriebs-)scheibe 32. Die Scheibe 32 ist wieder in bekannter Weise vermittels Bewegungsmittel 34, 35 beweglich. Die Bewegungsmittel mit auf der Scheibe fixiertem Zylinder 34 und dem auf der Welle fixierten Kolben 35 umschließen eine Kammer 36, die mit Fluid in an sich bekannter Weise versehen sein kann. Ein Antriebsriemen 33 ist zwischen den (Antriebs-)scheiben 31 und 32 angeordnet.
Die Scheibe 32, die auch einen Bund 37 umfaßt, der teilweise über die Antriebsscheibenwelle 30 vorsteht, ist erfindungsgemäß verkippbar auf der Antriebsscheibenwelle 30 aufgebracht.
Da, wie in Fig. 2b gezeigt, der Antriebsriemen 33 sich in Kontakt mit der Scheibe nur über ein begrenztes Segment eines Kreises befindet, wird der Antriebsriemen 33 einer exzentrischen Kraft F auf die Scheibe 32 ausüben, die veranlassen wird, daß die Scheibe relativ zur Antriebsscheibenwelle 30 verkippt. Dies ist ziemlich übertrieben in Fig. 3a dargestellt. Durch dieses Verkippen wird die Scheibe 32 relativ zur Riemenscheibenwelle 32 in einer Position des Randes 38 des Bundes 37 fixiert. Dies bedeutet, daß die Scheibe 32 sowohl in Drehrichtung wie in Axialrichtung fixiert ist, solange die Bewegungsmittel 34, 35 der Scheibe eine stabile axiale Position aufzwingen.
Sobald die Bewegungsmittel 34, 35 eine Axialbewegung auf die Scheibe aufzwingen, in dem Fluid aus oder in die Kammer 36 gefördert wird, wird das Kräftegleichgewicht zwischen der durch den Antriebsriemen ausgeübten Kraft F, dem Druck in der Kammer 36 und der Kippkraft in der Position des Randes 38 des Bundes 37 der Scheibe 32 gestört, und die Scheibe 32 wird einen neuen Gleichgewichtspunkt für dieses Spiel der Kräfte suchen. Der Rand 38 des Bundes 37 der Scheibe 32 wird in diesem Falle über die Antriebswelle 30 gleiten und/oder rollen. Dieses Rollen tritt auf durch die Konstantbewegung in Umfangsrichtung des exzentrischen Angriffspunktes der resultierenden Kraft F des Antriebsriemens 33 auf die Scheibe 32. Es hat sich herausgestellt, daß die Scheibe 32 sich etwas, wenn überhaupt, relativ zur Riemenscheibenwelle 30 während des oben genannten Gleitens oder Rollens dreht, so daß eine Nicht-Drehverbindung relativ zur Riemenscheibenwelle 30 beibehalten wird.
Durch dieses Verkippen werden Hertzsche Spannungen an der Position des Randes 38 des Bundes 37 und dessen Kontaktpunkt mit der Welle 30 auftreten, wobei diese Spannungen durch den abgerundeten Rand 38 begrenzt werden können. Die Riemenscheibenwelle 30 ist auch mit einem Kontaktring 39 versehen und der Bund 37 mit einem Kontaktring 40, dessen Rand abgerundet ist. Durch die Verwendung dieser Kontaktringe 39 und 40 kann der Kontakt zwischen dem Bund 37 und der Welle 30 optimiert werden. Dies bedeutet, daß der Verschleiß der Kontaktflächen durch eine geeignete Materialwahl begrenzt werden kann. Die Wahl des Materials für die Scheibe 32, dem Bund 37 und die Riemenscheibenwelle 30 wird somit nicht durch die spezifischen gewünschten Eigenschaften in den Kontaktflächen beeinflußt. Insbesondere werden die Kontaktflächen, in diesem Fall die Kontaktringe 39 und 40 gehärtet. Der Kontakt zwischen dem Bund 37 und der Riemenscheibenwelle 30 wird weiter optimiert, indem der Kontaktring 41 in selbstnachstellender Weise mit dem Bund 37 mittels eines elastischen Scharniers 42, wie in Fig. 3b gezeigt, optimiert, was zu geringeren Hertzschen Spannungen führt.
Eine andere Ausführungsform ist in Fig. 3c gezeigt, in der der Bund 37 mit einer Kerbe oder Rille 45 versehen ist, mittels derer das Ende 44 des Bundes geringfügig relativ zum Rest des Bundes 37 verschwenken und die Einstellung in optimaler Weise herbeiführen kann. Die Kerbe oder Rille 45 in diesem Fall arbeitet als ein elastisches Scharnier.
Das Gleiten oder Rollen der Scheibe 32 und/oder von deren Bund 37 über die Riemenscheibenwelle 30 kann auch in geeigneter Weise beeinflußt werden, in dem die Kontaktflächen, beispielsweise die Kontaktringe 39 und 40 mit einer geeigneten Oberflächentextur versehen werden. Beispielsweise ist der Kontaktring 39 mit Umfangsrillen 43 versehen. Eine Oberflächentextur mit einem Reibungskoeffizienten, der größer in Umfangsrichtung, als in Axialrichtung ist, stellt sicher, obwohl die Scheibe in verkippender Weise in Axialrichtung beweglich ist, daß die Drehung der Scheibe relativ zur Riemenscheibenwelle 30 nicht möglich oder in nur sehr begrenztem Ausmaß möglich wird.
Das Verkippen und Gleiten und Rollen der Scheibe 32 auf der Riemenscheibenwelle kann nicht nur durch die Verwendung von Kontaktringen, der geeigneten Aufbringung einer Oberflächentextur und einer geeigneten Materialwahl optimiert werden, vielmehr auch durch Wahl einer geeigneten Länge des Bundes 37.
Das Verkippen der Scheibe 32 erzeugt eine Abweichung α' am Flankenwinkel der Scheibe. Diese Abweichung α' läßt sich korrigieren, indem man der Scheibe einen korrigierten Flankenwinkel, z. B. α-α' verleiht.
In der Position der Scheibe 32 und des Bundes 37 können Bohrungen zum Zu- und Abführen von Fluid, beispielsweise für die Bewegungsmittel 34, 35 in der Riemenscheibenwelle 30 vorgesehen sein. Das Kippen bedeutet, daß diese Bohrungen nicht so gut versiegelt werden, beispielsweise durch den Bund 37 auf der Riemenscheibenwelle 30, vielmehr kann dies überwunden werden, indem die Scheibe 32 und/oder der Bund 37 mit enger Toleranz auf der Riemenscheibenwelle 30 aufgebracht werden.
Aus obigem wird klar, daß die Erfindung eine relativ preiswerte und einfache Riemenscheibe liefert, da wenige oder keine zusätz lichen Teile erforderlich sind und teure und kritische Bearbeitungsvorgänge vermieden werden können. Weiterhin erfordert die Riemenscheibe keinen zusätzlichen Montageraum, weder in radialer noch in axialer Richtung. Es wird klar, daß innerhalb der erfinderischen Idee viele weitere Ausführungsformen als Teil der Erfindung denkbar sind.
Im Falle einer Riemenscheibe beispielsweise, die in an sich bekannter Weise mit einer Kolben-/Zylinderanordnung versehen ist, kann der auch den Zylinder umschließende Bund 37 mit Mitteln versehen sein, um teilweise den Bund gegenüber dem Fluid abzusperren. Die Verteilung der Kräfte auf die (Antriebs-)scheibe kann derart beeinflußt werden, daß hierdurch in einer gewünschten Bewegung der (Antriebs-)scheibe der Kippeffekt zeitweise geringfügig unterdrückt wird, mit dem Ergebnis, daß Gleiten und Rollen gefördert werden.

Claims

1. Riemenscheibe für eine hydraulisch betätigte kontinuierlich variable Transmission zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, wobei diese Riemenscheibe mit zwei Antriebsscheiben (31, 32) versehen ist, wodurch

- eine Antriebsscheibe (31) unbeweglich auf einer Riemenscheibenwelle (30) befestigt ist, und

- die andere Antriebsscheibe (32) so angeordnet ist, daß sie relativ beweglich bzgl. der Riemenscheibenwelle durch hydraulisch betätigte Bewegungsmittel (34, 35) ist, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Antriebsscheibe (32) auf der Riemenscheibenwelle derart angeordnet ist,

- daß, wenn die Bewegungsmittel eine stabile axiale Lage der anderen Antriebsscheibe (32) auferlegt, diese Antriebsscheibe (32) fixiert relativ zur Riemenscheibenwelle in Drehrichtung und in der Axialrichtung ist und

- daß, wenn die Bewegungsmittel eine Änderung in der axialen Lage der anderen Antriebsscheibe (32) auferlegen, diese Antriebsscheibe (32) beweglich relativ zur Riemenscheibenwelle in Axialrichtung und in Drehrichtung ist.

2. Riemenscheibe nach Anspruch 1, wobei diese andere Antriebsscheibe (32) kippbar auf der Riemenscheibenwelle angeordnet ist.

3. Riemenscheibe nach Anspruch 1 oder 2, wobei diese andere Antriebsscheibe (32) einen Bund (37) umfaßt, der sich axial über die Riemenscheibenwelle erstreckt.

4. Riemenscheibe nach Anspruch 3, wobei wenigstens am Ende des Bundes (37) wenigstens die Ränder des an die Riemenschei benwelle angrenzenden Bundes profiliert, insbesondere abgerundet sind.

5. Riemenscheibe nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Ende des Bundes (37) verstellbar mit dem Rest des Bundes verbunden ist.

6. Riemenscheibe nach Anspruch 5, wobei das Ende des Bundes (37) verstellbar am Rest des Bundes mittels eines elastischen Scharniers verbunden ist.

7. Riemenscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Riemenscheibenwelle und/oder die andere Antriebsscheibe (32) und/oder der Bund mit einem oder mehreren Kontaktringen versehen sind.

8. Riemenscheibe nach Anspruch 7, wobei der Kontaktring in selbstnachstellender Weise mit der anderen Antriebsscheibe (32) oder deren Bund verbunden ist.

9. Riemenscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine oder mehrere Kontaktflächen gehärtet sind.

10. Riemenscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine oder mehrere Kontaktflächen mit einer Oberflächentextur versehen sind.

11. Riemenscheibe nach Anspruch 10, wobei die Oberflächentextur in Umfangsrichtung einen größeren Reibungskoeffizienten als axial aufweist.

12. Riemenscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsscheibe und/oder deren Bund mit enger Toleranz auf der Riemenscheibenwelle angeordnet ist.

13. Riemenscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flankenwinkel dieser anderen Antriebsscheibe (32) wegen des Kippeffekts korrigiert worden ist, insbesondere durch Vergleich mit den Flankenwinkel einer fixierten Antriebsscheibe.

14. Kontinuierlich variable Transmission, die mit einer Riemenscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche versehen ist.