DE69705730T2

DE69705730T2 - Rolleranordnung für Betätigungskolben

Info

Publication number: DE69705730T2
Application number: DE69705730T
Authority: DE
Inventors: Christopher John Greenwood; Mervyn John George Patterson; Leslie Kendrick Robinson
Original assignee: Torotrak Development Ltd
Current assignee: Torotrak Development Ltd
Priority date: 1996-04-01
Filing date: 1997-03-17
Publication date: 2001-10-31
Anticipated expiration: 2017-03-18
Also published as: HUP9901796A2; WO1997037156A1; EP0930449A2; AU1936097A; HUP9901796A3; ZA972559B; EP0930449B1; RU2226631C2; JP2000507667A; CN1215462A; CN1114772C; HU224253B1; EP0930449A3; AU711285B2; ES2158710T3; PL185385B1; DE69700811D1; GB9606897D0; DE69700811T2; BR9708458A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Rollen und deren Betätigung. Sie bezieht sich besonders, aber nicht ausschließlich auf Rollen, die mit hoher Drehzahl und unter hoher Belastung von zwei gegenüberliegenden Oberflächen rotieren müssen, die die Rolle an gegenüberliegenden Enden eines Durchmessers berühren, so daß die Rolle zwischen ihnen eingeklemmt wird. Die Erfindung bezieht sich folglich insbesondere auf die in Variatoren mit Ringbahn-Rolltraktion verwendeten Rollen.
In solchen Variatoren ist die Kühlung der Scheiben und Rollen immer ein wichtiges Anliegen. Wie in der Technik geläufig ist, muß das Fluid immer in Form eines dünnen Films zwischen den Rollen und den Ringbahnen der Scheiben vorhanden sein, um einen Kontakt von Metall zu Metall zu verhindern, so daß mittels einer im dünnen Film erzeugten Scherung zwischen den Scheiben und Rollen eine Traktion übertragen wird. In der Praxis wird die Abwärme, die im Film in einem Moment erzeugt wird, in dem er Traktion überträgt, einen Moment später schnell abgeleitet, wenn dieses bestimmte Fluidvolumen sich vom "Rollenspalt" zwischen der Bahn und den Rollen wegbewegt hat. Was die Scheiben anbetrifft, ist die Wärmeleitfähigkeit des gehärteten Stahls, aus dem sie hergestellt sind, nicht besonders hoch. Jedoch ist die Gesamtfläche jeder Bahn im Vergleich zu den Flächen ihres momentanen Kontakts mit ihren zusammenwirkenden Rollen groß, und die Lage dieser Kontaktflächen neigt dazu, sich häufig zu ändern, da das Übersetzungsverhältnis des Variators sich ebenfalls andauernd ändert. Herkömmliche Schmiertechniken sind daher gewöhnlich ausreichend, um ein Überhitzen der Scheiben zu verhindern.
Bei den Rollen ist dies jedoch anders: die Wärmezufuhr ist immer am Umfang konzentriert. Die Konzentration der Wärmezufuhr wird durch die Tatsache verstärkt, daß der Rollenkranz in der Praxis nach einem Querschnittsradius abgerundet ist, so daß der momentane "Kontakt" zwischen der Rolle und der Bahn mittels des dazwischenliegenden Films eines Traktionsfluids, in einer zur Rollenachse parallelen Richtung gemessen, eher klein ist.
Die britische Patentanmeldung Nr. GB-A-2282196 offenbart eine Rollenanordnung für den obigen Variatortyp, in der Kühlfluid über einen hohlen Rollenträgerarm zur Rollenoberfläche geleitet wird. Das Fluid wird durch einen einzigen, der Außenfläche der Rolle gegenüberliegend angeordneten Auslaß geleitet und badet die Rolle in Kühlfluid. Eine Rollenanordnung wie im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert ist aus WO-A-97/01697 bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein verbessertes Betätigungsgerät für solche Rollen zu schaffen.
Dementsprechend schafft die vorliegende Erfindung eine Rollenanordnung zur Verwendung in einem Variator mit Ringbahn- Rolltraktion mit einer auf einem Laufwerk montierten Rolle und Kanälen, die Ströme eines Kühlfluids zur Rolle einführen, in der das Laufwerk mittels einer Stange mit einem doppelwirkenden Kolben eines Steuerzylinders der Rolle wirkverbunden ist, die Stange einen Durchgang aufweist, um Kühlfluid zu den Kanälen zu transportieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange eine einer Druckwirkung des Kühlfluids ausgesetzte Stirnfläche aufweist und der doppelwirkende Kolben eine gegenüberliegende, der Druckwirkung des Kühlfluids ebenfalls ausgesetzte Oberfläche hat, so daß einer axialen Last auf der Stange durch eine entgegengesetzte Wirkung auf der gegenüberliegenden Oberfläche des doppelwirkenden Kolbens zumindest teilweise entgegengewirkt wird.
Die einander gegenüberliegenden Oberflächen dienen vorzugsweise dazu, einen Hohlraum zu definieren, in den das Kühlfluid geleitet wird, und die Anordnung weist ferner ein axial verlaufendes, sich in den Hohlraum erstreckendes Zufuhrrohr auf, um ihm Fluid zuzuführen.
Die Anordnung weist ferner vorteilhafterweise einen axial verlaufenden Durchgang im doppelwirkenden Kolben auf, der angeordnet ist, um die Fluidzufuhr zu empfangen, und in bezug auf das Zufuhrrohr bewegbar ist, um ungeachtet der axialen Lage des Kolbens die Fluidzufuhr zu erleichtern.
In einer besonders vorteilhaften Anordnung enthalten die Kanäle zumindest zwei einander gegenüberliegende Auslässe, die angeordnet sind, um Kühlfluid auf gegenüberliegende Abschnitte der Rollen zu lenken, und worin jeder Auslaß zwei oder mehr Öffnungen enthält, die in bezug auf einander unter einem Winkel angeordnet sind, um einen Kühlfluidstrom auf verschiedene Abschnitte einer äußeren Kontaktfläche der Rolle zu lenken.
In einer alternativen oder zusätzlichen Ausführung enthält die Anordnung zwei gegenüberliegende Auslässe, die angeordnet sind, um Kühlfluid auf die äußere Kontaktfläche der Rolle zu lenken.
Die Öffnungen sind in bezug auf einander vorzugsweise unter einem Winkel angeordnet, um Kühlfluid sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts auf die äußere Kontaktfläche der Rolle zu lenken.
Die Anordnung enthält vorteilhafterweise zumindest einen Sprühstab, der teilweise um die äußere Kontaktfläche der Rolle, aber von ihr radial beabstandet verläuft.
In einer besonders vorteilhaften Anordnung enthält der zumindest eine Sprühstab mehrere Auslässe.
Die Auslässe weisen vorzugsweise Düsen auf.
Zumindest ein Sprühstab ist zweckmäßigerweise angeordnet, um das Kühlfluid zu oder nahe einer Stelle zu lenken, an der die Rolle einen Kontakt mit einem anderen Teil des Variators herstellt oder verliert.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nur beispielhaft mit Verweis auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, in der:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Rollenanordnung zur Verwendung in einem (nicht dargestellten) Variator mit Ringbahn-Rolltraktion ist;
Fig. 2 ein axialer Schnitt sowohl dieser Anordnung als auch eines alternativen Aufbaus einer Rollenanordnung ist;
Fig. 3 eine partielle Schnittansicht in der Richtung von Pfeilen x-x von Fig. 2 ist und eine erste Anordnung der Austrittsöffnungen veranschaulicht;
Fig. 4 eine partielle Schnittansicht in der Richtung von Pfeilen x-x von Fig. 2 ist und eine zweite Anordnung der Austrittsöffnungen veranschaulicht;
Fig. 5 eine Schnittansicht einer alternativen Form einer Rollenanordnung ist; und
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines stufenlosen Getriebes der Bauart ist, in der Rollen der vorliegenden Erfindung eingebaut sein können.
In der in den Zeichnungen veranschaulichten Rollenanordnung 10 bezeichnet Bezugsziffer 12 die Rolle, und Bezugsziffern 14, 15 bezeichnen die Lager, durch die sie zur Rotation auf einer zentralen Welle 17 in einem tragenden Laufwerk 19 montiert ist. Der Rollen tragende Teil des Laufwerks 19 ist an einem Stangenteil 21 befestigt. An ihrem Proximalende 21a wird die Stange 21 wiederum durch ein Kugelgelenk 23 im Kolben 25 eines Rollensteuerzylinders 27 bekannter Bauart gehalten. Eine Bewegung des Kolbens wird durch Variieren der Drücke auf beiden Seiten des Kolbens erzielt. Das Proximalende 21a ist offen und bewegt sich innerhalb eines hohlen Zapfens 29, der in einer bei 32 schematisch dargestellten entsprechenden Befestigungsmuffe am Variatorgehäuse aufgenommen ist, um die Rollenanordnung 10 im Variator in der richtigen Lage zu sichern (siehe Fig. 6).
Aus Fig. 2 erkennt man, daß das Rollenlaufwerk 19 und die Kolbenstange 21 mit einem Netzwerk von Durchgängen 33 versehen sind. Dies ermöglicht, daß Kühlfluid, z. B. Öl, das von beispielsweise einem bei 50 schematisch dargestellten Schmierkreislauf des Variators abgeleitet wird, über die Befestigungsmuffe 32 etc. durch das Rollenlaufwerk 19 zu zwei der Rollenfelge benachbarten Austrittsöffnungen 35, 36 zugeführt wird.
Die Austrittsöffnungen sind am besten in Form von Düsen vorgesehen, die imstande sind, einen Sprühnebel oder Strahl eines Kühlfluids zu erzeugen und ihn auf einen entsprechenden Abschnitt der Rolle 12 zu lenken. Obgleich der Querschnitt von Fig. 2 eine einfache konvergente Düse veranschaulicht, erkennt man, daß verschiedene Düsenformen verwendet werden können und die Endform vom erforderlichen Strömungsmuster abhängt.
In der bevorzugten Ausführungsform von Fig. 1 ist jedoch die Rollenanordnung alternativ oder zusätzlich mit zwei gekrümmten Sprühstäben 38, 39 versehen, die teilweise um den Rollenkranz stromabwärts der (ortsfesten) Stellen 41 verlaufen, an denen der Kranz einen Kontakt mit dem Variatoreingang und Ausgangsscheiben herstellt, und die beiden Sprühstäbe enden vorteilhaft in Enddüsen oder Öffnungen 40, die wirksam sind, um Ströme eines Kühlfluids zu oder gerade stromabwärts der Kontaktstellen 41 zu lenken, dort, wo es am heißesten ist, um den Kühleffekt dort zu maximieren. Wie dargestellt ist, sind die Düsen nahe dem Punkt angeordnet, zu dem man das Kühlfluid lenken möchte, und sind derart, daß sie einen gesonderten Fluidstrom erzeugen. Solch eine Anordnung schafft ein besonders effektives Verfahren zum Kühlen der Rollenoberfläche und ist daher von Nutzen, wenn eine höhere Kühlrate erforderlich ist. Die gestrichelten Linien in Fig. 1 geben schematisch die durch die Sprühstäbe 38, 39 in Betrieb der Anordnung geschaffenen Ströme eines Kühlfluids an. Die Düsen 35, 36 von Fig. 2 profitieren auch davon, daß sie der Rollenoberfläche 41 nahe sind, und sind vorzugsweise auch in Form stromerzeugender Düsen vorgesehen.
Nun auf Fig. 3 und 4 verweisend erkennt man, daß in der einfachen Form der vorliegenden Erfindung, d. h. einer Anordnung ohne Sprühstäbe 38, 39, mehrere Düsen- oder Öffnungsanordnungen verwendet werden können. Zum Beispiel könnte man die Anordnung von Fig. 3 verwenden, in der ein Paar einander gegenüberliegende Düsen 35, 36 an gegenüberliegenden Seiten des Laufwerks 19 (siehe auch Fig. 2) vorgesehen und zum Lenken eines Sprühnebels oder Stroms in Richtung aufeinander derart angeordnet ist, daß das Kühlfluid auf die Oberfläche 41 der Rolle 12 aufgebracht wird. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, könnte man auch auf jeder Seite des Laufwerks 19 mehrere Düsen oder Öffnungen verwenden. In dem speziellen Beispiel von Fig. 4 ist auf jeder Seite des Laufwerks 19 ein Paar Düsen 35a, 35b, 36a, 36b vorgesehen. Die Düsen des ersten Paares 35a, 35b sind in bezug auf einander jeweils unter einem Winkel derart angeordnet, daß sie einen Fluidstrom auf verschiedene Flächen der Rolle 12 lenken. Die Düsen jedes Paares sind in bezug auf einander vorzugsweise unter einem Winkel derart angeordnet, daß eine einen Fluidstrom stromaufwärts ihres Standorts lenkt, während die andere Fluid stromabwärts davon lenkt. Die Düsen des anderen Paares 36a, 36b sind ähnlich angeordnet und gerichtet. Obgleich die tatsächliche Winkellage sehr stark von den speziellen Anforderungen des Gerätes abhängt, hat man festgestellt, daß eine schräge Anordnung einer Düse stromaufwärts unter einem Winkel von ungefähr 30º zur Längsachse der Rollenanordnung und der anderen stromabwärts unter einem ähnlichen Winkel ein effektives Kühlmuster schafft, ohne daß eine übermäßige Diffusion stattfindet, bevor der Sprühnebel die Rollenoberfläche 41 berührt. Andere Möglichkeiten ergeben sich jedoch dem Fachmann von selbst. Zusätzlich ist es möglich, eine Kombination von Düsenanordnungen aus den Fig. 3 und 4 zu verwenden.
Fig. 5 veranschaulicht eine alternative Form einer Rollenanordnung 10, die abgesehen von den mit der Zufuhr eines Kühlfluids zum Proximalende 21a der Stange 21 verbundenen Merkmalen im wesentlichen dieselbe wie die in Fig. 2 gezeigte ist. In dieser speziellen Anordnung wird das Kühlfluid über ein axial verlaufendes Zufuhrrohr 62 dem Inneren 60 der Stange 21 zugeführt. Dieses Rohr ist mit einer ringförmigen Dichtung 64 versehen, welche verhindert, daß Fluid in einen Bereich 33 nach außen sickert, in welchem es gegen das Proximalende 21a wirken und die axiale Lage der Rolle beeinflussen könnte. Das Zufuhrrohr erstreckt sich in einen Hohlraum 61, der zwischen einer Stirnfläche 65 der Stange 21 und einer gegenüberliegenden Oberfläche 65 des doppelwirkenden Kolbens 25 ausgebildet ist. Man erkennt, daß durch Verlängern des Zufuhrrohres in den Kolbenabschnitt 25 des Rollenmechanismus der Fluiddruck gegen eine Oberfläche 64 wirkt, dessen Wirkung aber durch den Druck entgegengewirkt wird, der auf eine gegenüberliegende Oberfläche 66 ausgeübt wird, die Teil der Kolbenanordnung 25 ist. Jegliche Wirkung, die das unter Druck gesetzte Kühlfluid auf die axiale Lage der Rollenanordnung haben könnte, kann durch geeignetes Bemessen der beiden gegenüberliegenden Oberflächen 65, 66 minimiert oder möglicherweise eliminiert werden. Ein Effekt einer kleinen Bewegung wird aufgrund des Vorhandenseins einer Stirnfläche 68 am Zufuhrkanal vorliegen, aber dies könnte ebenfalls durch eine sorgfältige Konstruktion reduziert oder gar eliminiert werden. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, erstreckt sich das Zufuhrrohr 62 axial auf einen axial verlaufenden Durchgang, der im doppelwirkenden Kolben 25 ausgebildet ist, der im Betrieb über das Zufuhrrohr 62 gleitet, während er sich hin und her bewegt, um dadurch ungeachtet der axialen Lage des Kolbens 25 eine effektive Fluidzufuhr zum Hohlraum sicherzustellen.
Nun kurz auf Fig. 6 verweisend umfaßt ein Variator, der zur Verwendung mit den neu vorgeschlagenen Rollenanordnungen 10 geeignet ist, ein Paar Eingangsrollenscheiben 62, 64 und ein Paar Ausgangsrollenscheiben 80, 82, die alle auf einer Eingangswelle 70 in einer in der Technik bekannten Weise montiert sind und daher hierin nicht weiter beschrieben werden. Ein erstes Ende 70a der Welle wird durch z. B. einen Motor eines Fahrzeuges angetrieben, und deren Rotation wird über die Eingangsscheiben und die Rollen 12, die dazwischen angeordnet sind, an die Ausgangsscheiben 80, 82 weitergegeben. Die Ausgangsscheiben 80, 82 sind über einen Kettenantrieb 71 mit einem (nicht dargestellten) Umlaufgetriebe verbunden, das wiederum eine z. B. mit einem Getriebe des Fahrzeugs verbundene Ausgangswelle 72 antreibt. Ein auf der Ausgangswelle 72 vorgesehenes Zahnrad 74 kann mit der Welle in Kupplungseingriff gebracht werden und kämmt mit einem ständig in Eingriff stehenden Zahnrad auf der Eingangswelle 70, um dadurch einen direkten Antrieb der Ausgangswelle zu schaffen, wann immer dies wünschenswert ist. Der beschriebene Variator hat eine herkömmliche Form abgesehen von den Rollenanordnungen, welche wie oben beschrieben und wie in den Fig. 1 bis 5 der beigefügten Zeichnungen gezeigt sind.

Claims

1. Rollenanordnung zur Verwendung in einem Variator mit Ringbahn-Rolltraktion, aufweisend eine auf einem Laufwerk (19) montierte Rolle (12) und Kanäle, die Ströme eines Kühlfluids zur Rolle (12) einführen, in der das Laufwerk (19) mittels einer Stange (21) mit einem doppelwirkenden Kolben (25) eines Steuerzylinders (27) der Rolle wirksam verbunden ist, die Stange (21) einen Durchgang (33) aufweist, um Kühlfluid durch ihn zu den Kanälen zu transportieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (21) eine einer Druckwirkung des Kühlfluids ausgesetzte Stirnfläche aufweist und der doppelwirkende Kolben (25) eine gegenüberliegende, der Druckwirkung des Kühlfluids ebenfalls ausgesetzte Oberfläche hat, so daß einer axialen Last auf der Stange (21) durch eine entgegengesetzte Wirkung auf der gegenüberliegenden Oberfläche des doppelwirkenden Kolbens (25) zumindest teilweise entgegengewirkt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, in der die wechselseitig gegenüberliegenden Oberflächen dazu dienen, einen Hohlraum (61) definieren, in den das Kühlfluid geleitet wird, und die Anordnung ferner ein axial verlaufendes, sich in den Hohlraum erstreckendes Zufuhrrohr (62) aufweist, um ihm Fluid zuzuführen.

3. Anordnung nach Anspruch 2, ferner aufweisend einen axial verlaufenden Durchgang im doppelwirkenden Kolben, der angeordnet ist, um die Fluidzufuhr zu empfangen, und in bezug auf das Zufuhrrohr bewegbar ist, um ungeachtet der axialen Stellung des Kolbens die Fluidzufuhr zum Hohlraum zu erleichtern.

4. Rollenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in der die Kanäle zumindest zwei wechselseitig gegenüberliegende Auslässe (35, 36) aufweisen, die angeordnet sind, um Kühlfluid auf gegenüberliegende Abschnitte der Rolle zu lenken, und in der jeder Auslaß (35, 36) zwei oder mehr Öffnungen enthält, die in bezug auf einander unter einem Winkel angeordnet sind, um einen Kühlfluidstrom auf verschiedene Abschnitte einer äußeren Kontaktfläche der Rolle (12) zu lenken.

5. Anordnung nach Anspruch 4, in der das Laufwerk zwei gegenüberliegende Auslässe (35, 36) aufweist, die angeordnet sind, um Kühlfluid auf die äußere Kontaktfläche der Rolle (12) zu lenken.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, in der die Öffnungen in bezug auf einander unter einem Winkel angeordnet sind, um ein Kühlfluid sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts auf die äußere Kontaktfläche der Rolle (12) zu lenken.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, und mit zumindest einem Sprühstab, der teilweise um die äußere Kontaktfläche der Rolle (12), aber von ihr radial beabstandet verläuft.

8. Anordnung nach Anspruch 7, in der der zumindest eine Sprühstab mehrere Auslässe (40) enthält.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, in der die Auslässe Düsen umfassen.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, in der zumindest ein Sprühstab angeordnet ist, um das Kühlfluid bei oder nahe einer Stelle zu lenken, an der die Rolle einen Kontakt mit einem anderen Teil des Variators herstellt oder verliert.