WO2010037363A1 - Kurbel-cvt-getriebe - Google Patents

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WO2010037363A1
WO2010037363A1 PCT/DE2009/001311 DE2009001311W WO2010037363A1 WO 2010037363 A1 WO2010037363 A1 WO 2010037363A1 DE 2009001311 W DE2009001311 W DE 2009001311W WO 2010037363 A1 WO2010037363 A1 WO 2010037363A1
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WO
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ramp
ring gear
cvt transmission
gear
crank
Prior art date
Application number
PCT/DE2009/001311
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English (en)
French (fr)
Inventor
Lászlo MAN
Original Assignee
Luk Lamellen Und Kupplungsbau Beteiligungs Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to JP2011529444A priority patent/JP5705117B2/ja
Priority to CN2009801394510A priority patent/CN102171491B/zh
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Priority to US13/070,759 priority patent/US8202187B2/en

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H29/00—Gearings for conveying rotary motion with intermittently-driving members, e.g. with freewheel action
    • F16H29/02—Gearings for conveying rotary motion with intermittently-driving members, e.g. with freewheel action between one of the shafts and an oscillating or reciprocating intermediate member, not rotating with either of the shafts
    • F16H29/04—Gearings for conveying rotary motion with intermittently-driving members, e.g. with freewheel action between one of the shafts and an oscillating or reciprocating intermediate member, not rotating with either of the shafts in which the transmission ratio is changed by adjustment of a crank, an eccentric, a wobble-plate, or a cam, on one of the shafts

Definitions

  • the present invention relates to a crank CVT transmission.
  • the invention relates to an actuator, which initiates the switching of freewheels of a crank-CVT transmission.
  • a crank-CVT transmission is known for example from DE 102 43 533 A1.
  • This transmission has a driving shaft which can be coupled to a motor, e.g. a transmission input shaft, and at least one driven shaft, e.g. a transmission output shaft, which are drivingly connected to each other on.
  • this transmission has a freewheel device.
  • the freewheel device consists of a plurality of the driven shaft axially one behind the other arranged freewheel units, which are switchable. This means that the locking direction of the clamping body with respect to the two mutually rotatable rings can be switched.
  • the direction of rotation of the shaft can be changed in a simple manner in the transmission and thus, for example, a reverse gear can be realized. Additional direction change gear, z. As planetary gear, are not necessary.
  • a switching device for switching the blocking function of the freewheel, a switching device is provided in DE 102 43 533 A1, which has a plurality of switching units, which are each arranged between adjacent clamping bodies.
  • the switching units are synchronously actuated and have switching means, each having a rotatable disk-shaped area and a, preferably made of a profiled bar, profiled area.
  • switching means each having a rotatable disk-shaped area and a, preferably made of a profiled bar, profiled area.
  • a spring is provided, which is formed by a leg spring. The spring is clamped between the profiled area and a clamping body.
  • the profiled bars and the activation of the switching can extend axially through all freewheel units, so that when turning the profiled bars all freewheel devices can be switched simultaneously.
  • crank-CVT transmission In order to switch the freewheels of a crank-CVT transmission to change the direction of travel of a vehicle, the crank-CVT transmission must be load-free. Therefore, the output unit of the crank CVT transmission must be decoupled from the differential. In the previously known crank-CVT transmissions, the decoupling or unlocking of the output unit and the activation of switching by means of multi-plate clutches or by means of several sliding sleeves.
  • the multi-disc clutches or the sliding sleeves have the function of actuators.
  • the unlocking or decoupling of the output unit by multi-plate clutches or sliding sleeves has the disadvantage that often for a variety of freewheels and a variety of actuators is needed.
  • a large number of actuators requires a larger space requirement for the crank-CVT transmission. This means that with an increasing number of actuators, an increasing space requirement in the crank-CVT transmission is accompanied.
  • the decoupling process must be timed by a suitable controller with the switching operation.
  • crank-CVT transmission having a single actuator for decoupling the drive unit and for initiating the switching of the freewheels.
  • the invention is based on the idea to accomplish the decoupling of the output unit of a crank CVT transmission and the initiation of the switching of the freewheels with a single actuator.
  • the decoupling of the output unit by a first mechanism and the initiation of the switching of the freewheels by a second mechanism the mode of action is coordinated.
  • a connecting means which is arranged on an inner shaft, which in turn is connected to an output shaft, and which forms a connecting element between the output unit and the differential, separated from the differential by being disengaged from the engagement.
  • a crank-CVT transmission includes a freewheel device in conjunction with an output shaft of the transmission, which is adapted to selectively allow a relative rotation between the freewheel device and the output shaft and block. Further, the crank-CVT transmission includes a switching unit that is adapted to switch the freewheel device, and an inner shaft which is connectable to the output shaft and via a connecting means with a differential. The inner shaft is displaceable in the axial direction of the output shaft. The crank CVT transmission further comprises an actuator which is in interaction with the switching unit and is adapted to switch over the freewheel device. forward.
  • the actuator has a first mechanism, which is adapted to displace the inner shaft in the axial direction for separating the inner shaft from the differential, and a second mechanism which is adapted to drive the switching unit.
  • the second mechanism is coupled to the first mechanism and is driven in time only after the first mechanism.
  • the decoupling of the output unit is preferably z. B. by licking the connecting means using a ramp mechanism.
  • the ramp mechanism on ramp body in the form of balls or rollers.
  • the operation of the ramp mechanism via a first planetary gear set.
  • the changeover of the freewheels takes place via two further planetary gear sets.
  • the three planetary gear sets preferably have a common web and thus a common planet carrier.
  • the switching of the freewheels is timed to decouple the output unit.
  • the switching operation of the freewheels takes place as a function of and coordinated with the progress of the decoupling process of the output unit.
  • the switching of freewheels takes place only when the decoupling of the connecting means completed and the output unit is free of load.
  • a false control can be avoided due to the preferably mechanical operative connection between the switching operation and the decoupling process.
  • a safe operation of the crank-CVT transmission is possible with low space requirements.
  • the connecting means may preferably correspond to a bevel gear.
  • the switching unit may be a spindle unit or another switching mechanism.
  • the drive unit When unloading the drive unit by means of the first mechanism, the drive unit is placed in a load-free state with respect to the coupling to the differential.
  • the first mechanism has a drive.
  • the drive is a worm drive or a worm wheel.
  • the first mechanism advantageously has a first ring gear, a first planetary gear set and a first sun gear.
  • the worm gear engages in the correspondingly designed for engagement of the worm gear on the circumference of the first ring gear.
  • Planetary gears have the advantage of having a characteristic compact design.
  • the advantage of planetary gears compared to other types of gears lies in their compact size with comparable ratio and the possibility of coaxial directional transformations.
  • the first mechanism further includes the ramp mechanism or, alternatively, another mechanism that provides for longitudinal displacement of the inner shaft.
  • the ramp mechanism comprises a ramp planetary set, a first ramp which is fixedly connected to the inner shaft, and a second ramp which is fixedly arranged in a ramp housing. Between the first ramp and the second ramp, which are arranged successively in the axial direction of the output unit, at least one ramp body is arranged.
  • the ramp body may be a ball or a roller.
  • the first mechanism further comprises a compression spring adapted and arranged to compress the first ramp and the second ramp.
  • the compression spring exerts a steady force on the first ramp and the second ramp and thus provides the first ramp and the second ramp with a voltage that presses the first ramp and the second ramp against each other and thus provides a preload in the coupling state.
  • the advantage of a ramp mechanism with a displaceable in the axial direction of the output unit ramp is that a targeted and thus exactly predeterminable axial displacement of the displaceable inner shaft and thus the ramp is made possible by a targeted design of the ramps. A controlled tracking and meshing of the bevel gear is thus guaranteed. If the first ramp and the second ramp are constantly braced by a spring, in particular by a compression spring, against each other, thus a proper and predetermined movement of the ramp body is effected.
  • the first mechanism has a further spring, in particular a bow spring, which is arranged between the first sun gear and the ramp mechanism.
  • the advantage of a bow spring between the first sun gear and the ramp mechanism is that the switching energy of the free-wheeling switch is stored in the bow spring. This is particularly advantageous if the tooth heads of the bevel gear prevent immediate meshing in the differential after switching.
  • the bevel gear re-engages as soon as the vehicle having the crank CVT gear moves slowly, and the first ramp locks the position. By the spring thus the energy is temporarily stored, which is required for meshing.
  • the second mechanism has a second ring gear, a second planetary gear set and a second sun gear.
  • the second mechanism also has a third ring gear, a third planetary gear set and a third sun gear.
  • first sun gear and the third sun gear are rotatably mounted in the output unit, and the second sun gear is firmly connected to the ramp housing.
  • the second sun gear is fixedly arranged on the circumference of the ramp housing.
  • the coaxial directional conversion is particularly advantageous, which is achieved by three or more, usually coaxially arranged waves in the planetary gear. Forces which are applied radially far outward onto the output unit, in particular onto the first ring gear, can be transmitted radially into the interior of the output unit by means of a planetary gear and / or several planetary gears.
  • the first planetary gearset of the first mechanism and the second planetary gearset and third planetary gearset of the second mechanism have a common planet carrier.
  • the planet carrier corresponds to a web on which the first, the second and the third planetary gear set are arranged. Due to the common planet carrier the switching operation is advantageously linked to the decoupling process.
  • the switching of the freewheel device takes place temporally only when the decoupling of the bevel gear from the differential is completed. That is, the switching of the freewheel device takes place only when the bevel gear decoupled from the differential and the output unit is thus load-free.
  • the second ring gear of the second mechanism on the surface associated with the first ring gear at least one arcuate groove in which a pin is arranged, which is fixedly connected to the first ring gear.
  • the at least one groove extends in the radial extension direction or extension direction of the second ring gear.
  • the second ring gear on the surface which is associated with the first ring gear, three arcuate grooves, in each of which a pin is arranged, which is fixedly connected to the first ring gear.
  • the three grooves extend in the radial extension direction or extension direction of the second ring gear.
  • connection of the first ring gear and the second ring gear via pins, which run in grooves, is particularly advantageous, since in this way the rotation of the first ring gear can be selectively controlled relative to the second ring gear. That is, the rotation or rotation of the second ring gear is dependent on the position of the first ring gear.
  • the second ring gear of the second mechanism and the third ring gear of the second mechanism are connected to each other via at least one detent.
  • the detent has the advantage of preventing a rotation of the second ring gear relative to the first ring gear during the switching operation of the freewheels and thus to enable smooth switching.
  • the second ring gear and the third ring gear are not permanently connected to each other, but only coupled together during the switching operation of the freewheel device.
  • the switching unit corresponds to a spindle or a spindle unit, which consists of a plurality of spindle rods, which in turn are displaceable in the axial direction of the output shaft.
  • a spindle or a spindle unit which consists of a plurality of spindle rods, which in turn are displaceable in the axial direction of the output shaft.
  • the spindle unit on its circumference in the radial direction milled or indentations.
  • the freewheel device is designed as a switchable freewheel that selectively blocks a relative rotation in a first or second relative rotational direction between the freewheel device and the output shaft and allows relative rotation between the freewheel device and the output shaft in the other from the first or second relative rotational direction.
  • Switchable freewheels have the advantage of having a compact and therefore stable construction and therefore to be particularly resistant to wear and permanently loadable.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view in the axial direction of an output unit of a crank CVT transmission according to the present invention with an actuator and a meshed bevel gear between a propeller shaft of the transmission and a differential,
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the drive unit of a crank CVT transmission with an actuator and beveled bevel gear;
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the actuator
  • FIG. 4 is a perspective view of the propeller shaft with a compression spring, a ramp mechanism and a bevel gear;
  • Figure 5 is a perspective view of the propeller shaft with the compression spring, a spindle and a ramp housing
  • Figure 6 is a perspective view of the output shaft with the spindle and the ramp housing
  • Figure 7 is a perspective view of the output shaft with the spindle
  • FIG. 8 is a perspective view of the output shaft with a first ring gear, a worm gear and a second ring gear,
  • FIG. 9 is a perspective view of the output shaft with the first ring gear, the worm gear, the second ring gear and a third ring gear,
  • FIG. 10 is a perspective view of the second ring gear
  • FIG. 11 is a perspective view of the first ring gear
  • FIG. 12 is a plan view of the second ring gear and the ramp mechanism in a first switching phase
  • FIG. 13 is a plan view of the second ring gear and the ramp mechanism in a second switching phase
  • FIG. 14 is a plan view of the second ring gear and the ramp mechanism in a third switching phase
  • FIG. 15 is a plan view of the second ring gear and the ramp mechanism in a fourth switching phase
  • FIG. 16 is a plan view of the second ring gear and the ramp mechanism in a fifth switching phase
  • FIG. 17 is a plan view of the second ring gear and the ramp mechanism in a sixth switching phase
  • FIG. 18 is a plan view of the second ring gear and the ramp mechanism in a seventh switching phase
  • Figure 19 is a plan view of the second ring gear and the ramp mechanism in an eighth switching phase.
  • crank-CVT transmission according to the invention.
  • Figures 1 and 2 show in particular an output unit 1 of a crank-CVT transmission.
  • a freewheel device 10 is provided in the form of a plurality of axially in succession arranged freewheels for connection to the drive side of the transmission (not shown).
  • the freewheels have e.g. each articulation points for connecting rod-like connecting elements to the eccentric units on the drive side.
  • the freewheels are provided on an output shaft 500 of the transmission.
  • bores are provided in the axial direction, in each of which axially adjustable a spindle unit 30 is received.
  • the spindle unit 30 includes a plurality of spindle rods 300 and serves as a switching device.
  • the output unit 1 has in the axial direction a first end 40 corresponding to a junction to a differential 2 and a second end 50, e.g. a storage of the output shaft 500 on the housing provides.
  • the freewheel device 10 is arranged at the second end 50.
  • an actuator 20 is provided, which will be described later in detail.
  • a central through hole is further arranged, in which an inner shaft or propeller shaft 400 is arranged.
  • the propeller shaft 400 extends from the first end 40 to the second end 50 of the transmission.
  • a bevel gear 180 is disposed at the first end 40.
  • the bevel gear 180 is subsequently arranged in the direction of the second end 50 of a ramp mechanism 160.
  • a compression spring 164 is provided, which spirally around the propeller shaft 400 is arranged and biased the propeller shaft 400 relative to the output shaft 500 in the direction of the differential 2.
  • the compression spring 164 is disposed in the direction of the second end 50 in the axial direction of the propeller shaft 400 following the ramp mechanism 160.
  • Figure 1 shows a state of the crank-CVT transmission, in which the output unit 1 is coupled to the differential 2 and the output unit 1 is connected via the bevel gear 180 to the differential 2
  • Figure 2 shows a state of the crank-CVT transmission, in which the output unit 1 is not coupled to the differential 2 and the bevel gear 180 of the output unit 1 is not connected to the differential 2.
  • the bevel gear 180 is positioned at the outermost first end 40 of the output unit 1.
  • the bevel gear 180 is moved back in the direction of the second end 50 of the output unit 1.
  • FIG. 3 shows an enlarged view of the actuator 20 from FIG. 2.
  • the structure of the actuator 20 will be explained below with reference to FIGS. 3 to 11.
  • the actuator 20 is disposed at the first end 40.
  • the actuator 20 has a first mechanism 100 (right in FIG. 3) for decoupling the output unit 1 from the differential 2 and a second mechanism 200 (at the left in FIG. 3) for actuating the spindle unit 30.
  • the first mechanism 100 is arranged near the first end 40 of the output unit 1 and the second mechanism 200 is arranged in the axial direction of the output unit 1 behind the first mechanism 100 in the direction of the second end 50.
  • the spindle unit 30 connects in the axial direction to the second mechanism 200 and extends to the second end 50 of the output unit. 1
  • the first mechanism 100 of the actuator 20 has a first ring gear 110, a first planetary gear set 120 meshing with the first ring gear 110, and a first sun gear 130 supported in the output unit 1 and meshing with the first planetary gear set. Furthermore, the first mechanism 100 has a ramp mechanism 160.
  • the ramp mechanism 160 includes a ramp planetary set 140 that includes three ramp planet wheels, a first ramp 161, a second ramp 162, and three spherical ramp bodies 163 (see FIGS. 12-19) located in a variable depth circumferential groove between the first ramp 161 and the second ramp 162 are arranged. In the axial direction of the output unit 1 (in the direction of the first end 40), the bevel gear 180 is arranged next to the ramp mechanism 160.
  • the ramp mechanism 160 has further on a ramp housing 150. Further, the first mechanism 100 between the first sun gear 130 and the ramp mechanism 160, a bow spring 170, which serves to store the switching energy.
  • a worm gear 105 Disposed in a recess in a transmission case 600 is a worm gear 105 which engages an outer circumference of the first ring gear 110 positioned below the recess in the transmission case 600.
  • the second mechanism 200 is arranged downstream of the first mechanism 100 in the axial direction of the output unit 1 (in the direction of the second end 50).
  • the second mechanism 200 includes a second ring gear 210, a second planetary gear set 220, and a second sun gear 230.
  • the second sun gear 230 is fixedly connected to the ramp housing 150.
  • the second mechanism 200 further includes a third ring gear 240, a third planetary gear set 250, and a third sun gear 260 supported in the output unit 1.
  • the third ring gear 240, the third planetary gear set 250 and the third sun gear 260 are arranged in the axial direction of the output unit 1 (in the direction of the second end 50) behind the respective second ring gear 210, the second planetary gear set 220 and the second sun gear 230.
  • the third sun gear 260 meshes with the spindle rods 300 of the spindle unit 30.
  • a ramp housing 150 is arranged in the region of the actuator 20.
  • the first ring gear 110 is connected to the second ring gear 210 via three fixedly attached to the end face of the first ring gear 110 and in the grooves 211 in the end face of the second ring gear 220 running pins 220 (see Figures 10 and 11).
  • the second ring gear 210 is connected to the third ring gear 240, which is fixedly arranged in the gear housing 600 via a detent 241, which essentially contains a coil spring and a ball.
  • the first planetary gear set 120, the second planetary gear set 220 and the third planetary gear set 250 have a common planet carrier 270 and each include three planetary gears.
  • FIG. 4 to 11 parts of the crank-CVT transmission are shown in a perspective view.
  • Figures 4 and 5 show perspective views of the propeller shaft 400, on which the compression spring 164 is arranged spirally.
  • Figure 4 shows the bevel gear 180, which is arranged at the first end 40 of the output unit 1 on the propeller shaft 400.
  • the ramp mechanism 160 is disposed on the propeller shaft 400 behind the bevel gear 180 in an axial direction of the output unit 1 (toward the second end 40).
  • the first ramp 161 has a Sonnenradabêt, which is used for combing with the Rampenplanetensatz 140 of the first mechanism 100.
  • the first ramp 161 is slidably mounted in the axial direction of the output unit 1.
  • the second ramp 162 is fixedly connected to the output unit 1.
  • FIG. 5 shows the ramp housing 150, which comprises the bevel gear 180 and the ramp mechanism 160.
  • the ramp planetary set 140 penetrates with the three Rampenplanetenrädem the ramp housing 150 at three designated recesses in the ramp housing 150th
  • FIGS. 6 to 9 show the output shaft 500, the spindle unit 30 and the ramp housing 150 with the cutouts for the three ramp planet gears of the ramp planetary set 140.
  • the spindle unit 30 has six separate axially displaceable spindle rods 300 that are mounted in the output shaft 500 (FIG. FIG. 7).
  • FIG. 8 shows the first ring gear 110, as well as the worm gear 105, which acts on an outer circumference of the ring gear 110.
  • the first ring gear 110 is adapted so that the worm gear 105 can engage the outer circumference of the first ring gear 110. This means that the first ring gear 110 has at its outer periphery a corresponding kind of groove profile for the engagement of the worm gear 105.
  • Figure 9 shows the first ring gear 110, the second ring gear 210 and the third ring gear 240, which are arranged in the axial direction of the output unit 1 behind the other radially around the output shaft around.
  • the first ring gear 110 is disposed near the first end 40 of the output unit 1 and the second ring gear 210 and the third ring gear 240 arranged in the direction of the second end 50 behind the first ring gear 110.
  • FIG. 10 shows a perspective view of the second ring gear 210.
  • rads 210 three arcuate grooves 211 arranged. In each of the three grooves 211, a pin 212 is slidably disposed.
  • FIG. 11 shows the first ring gear 110 and three pins 212 arranged uniformly on the side of the first ring gear 100 facing the second end 50, close to the circumference of the first ring gear 110.
  • the pins 212 which are displaceable in the slots 211 (FIG. 10) are firmly connected to the first ring gear 110.
  • FIGS. 12 to 19 show a plan view of the second ramp 162.
  • the second ramp 162 has three circumferentially uniformly distributed arcuate ramp portions 165 on a side or surface facing the first end 40 of the output unit 1.
  • Each of the three arcuate ramp areas 165 includes two first ramp sections 166, two second ramp sections 167 and two third ramp sections 168.
  • the two third ramp sections 168 are juxtaposed.
  • the two first ramp sections 167 adjoin the two third ramp sections 168 and the two first ramp sections 166 on the two second ramp sections 167, so that the two first 166, second 167 and third ramp sections 168 are symmetrical in a plan view of the ramp 162 an axis of symmetry which separates the first ramp sections 166 from each other.
  • the first ramp sections 166 and the third ramp sections 168 are without incline along the ramp 162 and thus have ramp surfaces that are each perpendicular to the axial direction of the output unit 1. However, the first 166 and third ramp surfaces 168 are in mutually different planes perpendicular to the axial direction.
  • the second ramp sections 167 connect the first ramp sections 166 to the third ramp sections 168 and have sloping ramp surfaces.
  • the first ramp portions 166 are thus raised in the axial direction of the output unit 1 (in the direction of the first end 40) furthest with respect to the ramp 162, whereas the third ramp portions 168 in the axial direction of the output unit 1 (in the direction of the second end 50) sunk deepest in the ramp 162.
  • Figures 12 to 19 show by means of plan views of the second ring gear 210 and the second ramp 162 different switching phases of the actuator 20.
  • the switching phases are dependent on the position of the three pins 212 in the three grooves 211 of the second ring gear 210 and the position of the three spherical ramp body 163 in the second ramp 162.
  • FIG. 12 shows the first switching phase of the actuator 20.
  • the output unit 1 of the crank CVT transmission is connected to the differential 2, that is, the bevel gear 180 is coupled to the differential 2 and the freewheel device 10 of the output unit 1 allows a rotational movement of the output unit 1 in a first rotational direction.
  • the spherical ramp bodies 163 are arranged on the first ramp sections 166 and the pins 212 are located in the grooves 211 at a position between the first slot end points 213 and the second slot end points 214.
  • the worm gear 105 begins to drive the first ring gear 110 (not shown).
  • the second ring gear 210 initially does not rotate.
  • the fixedly connected to the first ring gear 110 pins 212 run in the grooves 211 of the second ring gear 210 in a first rotational direction.
  • the spherical ramp bodies 163, which are in the first ramp sections 166 in FIG. 12, also move in the first rotational direction through the rotations of the first ramp 161 (not shown) in the first rotational direction along the ramp areas 165, as shown in FIG ,
  • FIG. 13 shows the second switching phase.
  • the output unit 1 of the crank CVT transmission is no longer connected to the differential 2, that is, the bevel gear 180 is decoupled from the differential 2.
  • the second ring gear 210 is taken from the first ring gear 110 in the first direction of rotation from the moment at which the pins 212 with the first Nutend Vietnameseen 213 to stop.
  • the spherical ramp bodies 163 also move further in the first rotational direction, which is shown in FIG.
  • the three pins 212 are respectively at the first groove end points 213 of the respective grooves 211.
  • the three spherical ramp bodies 163 are respectively positioned at the third ramp portions 168 corresponding to a movement of the spherical ramp bodies 163 in a first rotational direction.
  • Figure 14 shows the third switching phase. Also in the third switching phase, the output unit 1 of the crank CVT transmission is not connected to the differential 2, that is, the bevel gear 180 is still decoupled from the differential 2.
  • the pins 212 are located at the first groove end points 213 and the spherical ramp bodies 163 are disposed in the third ramp portion 168.
  • the second ring gear 210 thus rotates via the second planetary gear set 220 and the planet carrier 270, the third planetary gear set and the third sun gear 260, which drives the spindle unit 30 and thus switches the freewheel device 10 from the first direction of rotation to the second direction of rotation.
  • the switching of the freewheel device 10 from the first direction of rotation takes place in a second direction of rotation in the third switching phase.
  • the second ring gear 210 is held in its position relative to the third ring gear 250 during the switching operation via the detent 241. As soon as the switching operation is over, detent 241 is released and second ring gear 210 can again rotate relative to third ring gear 250, which is shown in FIG.
  • the switching of the freewheel device 10 from a first direction of rotation in a second direction of rotation causes all rotating components of the output unit 1 to move in a second direction of rotation.
  • the three pins 212 are located between the respective first groove end points
  • FIG. 15 shows the fourth switching phase. Also in the fourth switching phase, the output unit 1 of the crank CVT transmission is not connected to the differential 2, that is, the bevel gear 180 is decoupled from the differential 2.
  • the three pins 212 are disposed in the grooves 211 at a position between the first groove end points 213 and the second groove end points 214, respectively.
  • the spherical ramp bodies 163 are located at the second ramp sections 167.
  • the pins 212 move in the grooves 211 from the first Nutend Vietnameseen 213 in the direction of the second Nutendic 214 in the second direction of rotation.
  • the second ring gear 210 thus does not rotate.
  • the spherical ramp bodies 163 move in the second rotational direction, which is shown in FIG.
  • Figure 16 shows the fifth switching phase.
  • the output unit 1 of the crank CVT transmission is again connected to the differential 2, that is, the bevel gear 180 is again coupled to the differential 2 to transmit the second rotational direction of the output unit 1 to the differential 2.
  • the spherical ramp body 163 continue to move in the second direction of rotation and are in the fifth switching phase back to the first ramp sections 166.
  • the pins 212 are still running in the grooves 211 between the first Nutend Vietnameseen 213 and the second Nutend Vietnameseen in the second direction of rotation and thus the second ring gear 210 does not move.
  • FIG. 17 shows the sixth switching phase.
  • the output unit 1 of the crank-CVT transmission is no longer connected to the differential 2, that is, the bevel gear 180 is decoupled from the differential and the output unit is load-free.
  • FIG. 18 shows the seventh switching phase.
  • the output unit of the crank CVT transmission 1 is further not connected to the differential 2, that is, the bevel gear 180 remains decoupled from the differential.
  • the pins 212 are still located at the Nutendyaken 214 and the spherical ramp body 163 at the third ramp portions 168th
  • the second ring gear 210 is carried along in the second direction of rotation.
  • the second ring gear thus rotates, via the second planetary gear set 220 and the planetary carrier 270, the third planetary gearset and the third sun gear 260, which drives the spindle 300 for switching the overrunning device 10 from the second rotational direction to the first rotational direction, which is shown in FIG.
  • the second ring gear 210 thus rotates via the second planetary gear set 220 and the planet carrier 270, the third planetary gear set and the third sun gear 260, which drives the spindle unit 30 and so the freewheel device 10 from the second direction of rotation to the first direction of rotation switches.
  • the switching of the freewheel device 10 from the second direction of rotation in a first direction of rotation takes place in the seventh switching phase.
  • FIG. 19 shows the eighth switching phase.
  • the output unit of the crank CVT transmission 1 is further not connected to the differential 2, that is, the bevel gear 180 is still decoupled from the differential.
  • the pins 212 again move in a first rotational direction and are located in the grooves 211 at positions between the first groove end positions 213 and the second groove end positions 214.
  • the spherical ramp bodies 163 also move in the first rotational direction and are disposed on the second ramp portions 167.
  • the ninth switching phase corresponds to the first switching phase shown in FIG.
  • the output unit 1 of the crank CVT transmission is again connected to the differential 2, that is, the bevel gear 180 is coupled to the differential 2 and the freewheel device 10 of the output unit 1 allows movement of the rotating components of the output unit 1 in the first direction of rotation.
  • the spherical ramp bodies 163 are arranged on the first ramp sections 166 and the pins 212 are located in the grooves 211 at a position between the first slot end points 213 and the second slot end points 214.
  • the first mechanism 100 is activated for switching the freewheel device 10.
  • the worm gear 105 drives the first ring gear 110.
  • the first ring gear 110 in turn drives the first planetary gear set 120, which meshes with the first sun gear 130 and drives the first sun gear 130.
  • the first sun gear 130 meshes with the ramp planetary set 140, which engages the sun gear portion of the first ramp 161 and thus drives the first ramp 161 of the ramp mechanism 160.
  • the three spherical ramp bodies 163 move between the first ramp 161 and the second ramp 162 along the ramp region 165 and move the first ramp 161 in the axial direction of the output unit towards the first end 40 of the output unit 1 Preloading the spring 164.
  • the second ramp 162 is not displaceable in the axial direction of the output unit.
  • the spherical ramp bodies 163 move in a first rotational direction or a second rotational direction and consequently in ramp regions 165 which correspond to the first rotational direction or the second rotational direction.
  • the first ramp 161 is displaced over a maximum distance in the axial direction of the drive unit 1 in the direction of the first end 40.
  • the bevel gear 180 of the output unit 1 is connected or coupled to the differential 2 and thus there is a torque transfer from the output unit 1 to the differential 2.
  • the first ramp 161 is displaced over a maximum distance in the axial direction of the drive unit 1 in the direction of the second end 50.
  • the bevel gear 180 of the output unit 1 is not connected or coupled to the differential 2. That is, the bevel gear 180 is decoupled from the differential 2, and there is no torque transmission from the output unit 1 to the differential 2.
  • While the first mechanism 100 is for decoupling the bevel gear 180, there is no actuation of the second mechanism 200. That is, the pins 212, the first ring gear 110 of the first mechanism 100 and the second ring gear 210 of the second mechanism 200 with each other during the decoupling operation of the bevel gear in the grooves 211, thus causing the second ring gear 210 to not rotate with the first ring gear 110 during the decoupling operation of the bevel gear 180.
  • the decoupling process is completed, that is, the bevel gear 180 is decoupled from the differential 2 and thus the output unit 1 is load-free, strike the three pins 212 respectively at the first Nutend Vietnameseen 213 of the grooves 211.
  • the second ring gear 210 is taken from the first ring gear 110 and thus driven. Since a connection between the first ring gear 110 and the second ring gear 210 is generated via the pins 212, the first ring gear 110 and the second ring gear 210 rotate at the same speed with each other in a first common direction of rotation.
  • the second ring gear 210 drives the second planetary gear set 220, which meshes with the second sun gear 230.
  • the sun gear 230 is fixedly connected to the output unit 1. The rotation of the second planetary gearset 220 thus drives the planet carrier 270.
  • the planetary carrier 270 in turn drives the third planetary gear set 250, which meshes with the third ring gear 240, which is fixedly arranged in the gear housing 600, and with the third sun gear 260, which is connected to the spindle unit 30.
  • the third sun gear 260 drives the spindle unit 30 disposed in the output shaft 400.
  • the spindle unit 30 is displaceable in the axial direction. By the axial displacement of the spindle unit 30, the switching of the freewheel device 10, e.g. via wrap spring mechanisms in conjunction with tapered sections of spindle unit 30.
  • a bow spring 170 is disposed between the first sun gear 130 and the ramp mechanism 160, which stores energy when switching the freewheel device 10 and this, if the tooth heads of the bevel gear prevent immediate coupling, the coupling of the Support bevel gear 180 in differential 2.
  • the smooth operation of the ramp mechanism 160 is ensured by a compression spring 164, which is spirally disposed about the drive shaft 400 and which always compresses and thus energizes the first ramp 161 and the second ramp 162.

Abstract

Ein Kurbel-CVT-Getriebe enthält eine Freilaufeinrichtung (10), die mit einer Abtriebswelle des Getriebes in Verbindung steht. Die Freilaufeinrichtung ist derart angepasst, dass sie wahlweise eine Relativdrehung zwischen der Freilaufeinrichtung und der Abtriebswelle ermöglicht und blockiert. Des Weiteren enthält das Kurbel-CVT-Getriebe eine Umschalteinheit (30), die angepasst ist, die Freilaufeinrichtung umzuschalten, und eine Innenwelle, die mit der Abtriebswelle und über ein Verbindungsmittel mit einem Differential verbindbar ist. Dabei ist die Innenwelle in axialer Richtung der Abtriebswelle verschiebbar. Das Kurbel-CVT-Getriebe weist weiter einen Aktuator (20) auf, der mit der Umschalteinheit in Wechselwirkung ist und der angepasst ist, die Umschaltung der Freilaufeinrichtung einzuleiten. Der Aktuator weist einen ersten Mechanismus (100) auf. Der erste Mechanismus ist angepasst, die Innenwelle in axialer Richtung zum Trennen der Innenwelle von dem Differential (2) zu verschieben. Der Aktuator weist weiter einen zweiten Mechanismus (200) auf. Der zweite Mechanismus ist angepasst, die Umschalteinheit anzutreiben. Dabei ist der zweite Mechanismus mit dem ersten Mechanismus gekoppelt und wird zeitlich nach dem ersten Mechanismus angetrieben.

Description

Kurbel-CVT-Getriebe
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kurbel-CVT-Getriebe. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Aktuator, der die Umschaltung von Freiläufen eines Kurbel-CVT-Getriebes einleitet.
Ein Kurbel-CVT-Getriebe ist beispielsweise aus der DE 102 43 533 A1 bekannt. Dieses Getriebe weist eine mit einem Motor kuppelbare, antreibende Welle, z.B. eine Getriebeeingangswelle, sowie wenigstens eine getriebene Welle, z.B. eine Getriebeausgangswelle, welche antriebsmäßig miteinander verbunden sind, auf. Des Weiteren weist dieses Getriebe eine Freilaufeinrichtung auf. Dabei besteht die Freilaufeinrichtung aus einer Mehrzahl von um die getriebene Welle axial hintereinander angeordneten Freilaufeinheiten, die umschaltbar sind. Das bedeutet, dass die Sperrrichtung der Klemmkörper in Bezug auf die beiden zueinander verdrehbaren Ringe umschaltbar ist. Durch die Verwendung derartiger Freilaufeinheiten kann in einfacher Weise bei dem Getriebe die Drehrichtung der Welle verändert werden und somit beispielsweise ein Rückwärtsgang realisiert werden. Zusätzliche Richtungsumschaltgetriebe, z. B. Planetengetriebe, sind nicht nötig.
Zur Umschaltung der Sperrfunktion des Freilaufs ist in der DE 102 43 533 A1 eine Umschalteinrichtung vorgesehen, die mehrere Umschalteinheiten besitzt, die jeweils zwischen benachbarten Klemmkörpern angeordnet sind. Die Umschalteinheiten sind synchron betätigbar und besitzen Umschaltmittel, die jeweils einen verdrehbaren scheibenförmigen Bereich sowie einen, vorzugsweise aus einem profilierten Stab bestehenden, profilierten Bereich besitzen. Am profilierten Bereich ist eine Feder vorgesehen, die durch eine Schenkelfeder gebildet ist. Die Feder ist verspannbar zwischen dem profilierten Bereich und einem Klemmkörper. Die profilierten Stäbe sowie die Aktivierung der Umschaltung können sich axial durch alle Freilaufeinheiten erstrecken, so dass bei Verdrehung der profilierten Stäbe alle Freilaufeinrichtungen gleichzeitig umgeschaltet werden können.
Um die Freiläufe eines Kurbel-CVT-Getriebes zur Änderung der Fahrtrichtung eines Fahrzeugs umschalten zu können, muss das Kurbel-CVT-Getriebe lastfrei sein. Daher muss die Abtriebseinheit des Kurbel-CVT-Getriebes vom Differenzial entkoppelt werden. Bei den bisher bekannten Kurbel-CVT-Getrieben erfolgt die Entkopplung bzw. Entriegelung der Abtriebseinheit sowie die Aktivierung der Umschaltung mittels Lamellenkupplungen oder mittels mehrerer Schiebemuffen. Dabei haben die Lamellenkupplungen oder die Schiebemuffen die Funktion von Aktuatoren.
Die Entriegelung oder Entkopplung der Abtriebseinheit durch Lamellenkupplungen oder Schiebemuffen hat den Nachteil, dass oft für eine Vielzahl an Freiläufen auch eine Vielzahl an Aktuatoren nötig ist. Eine Vielzahl an Aktuatoren erfordert einen größeren Bauraumbedarf für das Kurbel-CVT-Getriebe. Das bedeutet, dass mit einer zunehmenden Anzahl an Aktuatoren auch ein zunehmender Platzbedarf im Kurbel-CVT-Getriebe einhergeht. Außerdem muss der Entkopplungsvorgang durch eine geeignete Steuerung zeitlich mit dem Umschaltvorgang abgestimmt werden.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Kurbel-CVT-Getriebe vorzusehen, das einen einzigen Aktuator zum Entkoppeln der Antriebseinheit und zur Einleitung der Umschal- tung der Freiläufe aufweist.
Diese Aufgabe wird mit einem Kurbel-CVT-Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Entkopplung der Abtriebseinheit eines Kurbel- CVT-Getriebes und die Einleitung der Umschaltung der Freiläufe mit einem einzigen Aktuator zu bewerkstelligen. Dabei erfolgt die Entkopplung der Abtriebseinheit durch einen ersten Mechanismus und die Einleitung der Umschaltung der Freiläufe durch einen zweiten Mechanismus, deren Wirkweise aufeinander abgestimmt ist. Zum Entkoppeln der Abtriebseinheit wird ein Verbindungsmittel, das an einer Innenwelle, die wiederum mit einer Abtriebswelle verbunden ist, angeordnet ist und das ein Verbindungselement zwischen der Abtriebseinheit und dem Differenzial bildet, vom Differenzial getrennt, indem es aus dem Eingriff verschoben wird.
Dabei enthält ein Kurbel-CVT-Getriebe eine Freilaufeinrichtung In Verbindung mit einer Abtriebswelle des Getriebes, die angepasst ist, wahlweise eine Relativdrehung zwischen der Freilaufeinrichtung und der Abtriebswelle zu ermöglichen und zu blockieren. Weiter enthält das Kurbel-CVT-Getriebe eine Umschalteinheit, die angepasst ist, die Freilaufeinrichtung umzuschalten, und eine Innenwelle, die mit der Abtriebswelle und über ein Verbindungsmittel mit einem Differential verbindbar ist. Die Innenwelle ist in axialer Richtung der Abtriebswelle verschiebbar. Das Kurbel-CVT-Getriebe weist weiter einen Aktuator auf, der mit der Umschalteinheit in Wechselwirkung ist und angepasst ist, die Umschaltung der Freilaufeinrichtung ein- zuleiten. Dabei weist der Aktuator einen ersten Mechanismus, der angepasst ist, die Innenwelle in axialer Richtung zum Trennen der Innenwelle von dem Differential zu verschieben, und einen zweiten Mechanismus auf, der angepasst ist, die Umschalteinheit anzutreiben. Dabei ist der zweite Mechanismus mit dem ersten Mechanismus gekoppelt und wird zeitlich erst nach dem ersten Mechanismus angetrieben.
Die Entkopplung der Abtriebseinheit erfolgt bevorzugt z. B. durch Ausspuren des Verbindungsmittels unter Verwendung eines Rampenmechanismus. Dabei weist der Rampenmechanismus Rampenkörper in Form von Kugeln oder Rollen auf. Die Betätigung des Rampenmechanismus erfolgt über einen ersten Planetensatz. Die Umschaltung der Freiläufe erfolgt über zwei weitere Planetensätze.
Die drei Planetensätze weisen bevorzugt einen gemeinsamen Steg und somit einen gemeinsamen Planetenträger auf. Über den gemeinsamen Planetenträger und eine geeignete Verbindung des ersten und des zweiten Mechanismus ist die Umschaltung der Freiläufe zeitlich auf die Entkopplung der Abtriebseinheit abgestimmt.
Das bedeutet, dass, dem Grundgedanken der Erfindung entsprechend, der Umschaltvorgang der Freiläufe in Abhängigkeit von dem und abgestimmt auf den Fortschritt von dem Entkopplungsvorgang der Abtriebseinheit erfolgt. Die Umschaltung der Freiläufe findet erst dann statt, wenn die Entkopplung des Verbindungsmittels abgeschlossen und die Abtriebseinheit lastfrei ist. Eine Fehlsteuerung kann aufgrund der bevorzugterweise mechanischen Wirkverbindung zwischen dem Umschaltvorgang und dem Entkopplungsvorgang vermieden werden. So wird ein sicherer Betriebsablauf des Kurbel-CVT-Getriebes bei gleichzeitig geringem Bauraumbedarf ermöglicht.
Das Verbindungsmittel kann vorzugsweise einem Kegelrad entsprechen. Die Umschalteinheit kann eine Spindeleinheit oder ein sonstiger Umschaltmechanismus sein.
Bei der Entlastung der Antriebseinheit mittels des ersten Mechanismus wird die Antriebseinheit in einen lastfreien Zustand bezüglich der Kopplung zum Differential versetzt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist der erste Mechanismus einen Antrieb auf. Über den Antrieb wird der Aktuator angetrieben. - A - Vorteilhafterweise ist der Antrieb ein Schneckentrieb bzw. ein Schneckenrad.
Weiter weist der erste Mechanismus vorteilhafterweise ein erstes Hohlrad, einen ersten Planetensatz und ein erstes Sonnenrad auf. Zum Antreiben des Aktuators greift der Schneckentrieb in den entsprechend für einen Eingriff des Schneckentriebs gestalteten Bereich am Umfang des ersten Hohlrads ein.
Planetengetriebe haben den Vorteil über eine charakteristische kompakte Bauform zu verfügen. So liegt der Vorteil von Planetengetrieben gegenüber anderen Getriebebauarten einerseits in ihrer kompakten Größe bei vergleichbarer Übersetzung und in der Möglichkeit koaxialer Richtungsumwandlungen.
Bevorzugterweise beinhaltet der erste Mechanismus weiter den Rampenmechanismus bzw. alternativ einen anderen Mechanismus, der für eine Längsverschiebung der Innenwelle sorgt. Dabei weist der Rampenmechanismus einen Rampenplanetensatz, eine erste Rampe, die fest mit der Innenwelle verbunden ist, und eine zweite Rampe, die fest in einem Rampengehäuse angeordnet ist, auf. Zwischen der ersten Rampe und der zweiten Rampe, die in axialer Richtung der Abtriebseinheit aufeinanderfolgend angeordnet sind, ist wenigstens ein Rampenkörper angeordnet. Der Rampenkörper kann eine Kugel oder eine Rolle sein.
Bevorzugterweise weist der erste Mechanismus weiter eine Druckfeder auf, die angepasst und angeordnet ist, die erste Rampe und die zweite Rampe zusammenzudrücken. Die Druckfeder übt dabei eine stetige Kraft auf die erste Rampe und die zweite Rampe aus und versieht die erste Rampe und die zweite Rampe somit mit einer Spannung, die die erste Rampe und die zweite Rampe gegeneinander drückt und somit für eine Vorbelastung in den Kopplungszustand sorgt.
Der Vorteil eines Rampenmechanismus mit einer in axialer Richtung der Abtriebseinheit verschiebbaren Rampe liegt darin, dass durch eine gezielte Ausgestaltung der Rampen, auch eine gezielte und damit exakt vorher bestimmbare axiale Verschiebung der verschiebbaren innenwelle und somit der Rampe ermöglicht wird. Ein kontrolliertes Ausspuren und Einspuren des Kegelrads wird folglich garantiert. Wenn die erste Rampe und die zweite Rampe unentwegt durch eine Feder, insbesondere durch eine Druckfeder, gegeneinander verspannt sind, wird somit eine einwandfreie und vorherbestimmte Bewegung des Rampenkörpers bewirkt. Vorteilhafter Weise weist der erste Mechanismus eine weitere Feder, insbesondere eine Bogenfeder auf, die zwischen dem ersten Sonnenrad und dem Rampenmechanismus angeordnet ist.
Der Vorteil einer Bogenfeder zwischen dem ersten Sonnenrad und dem Rampenmechanismus liegt darin, dass die Schaltenergie der Freilaufumschaltung in der Bogenfeder zwischengespeichert wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Zahnköpfe des Kegelrads ein sofortiges Einspuren im Differenzial nach der Umschaltung verhindern. Unter Verwendung der Bogenfeder springt das Kegelrad wieder in den Eingriff, sobald das Fahrzeug, das das Kurbel-CVT-Getriebe aufweist, langsam anfährt, und die erste Rampe verriegelt die Position. Durch die Feder wird somit die Energie zwischengespeichert, die zum Einspuren erforderlich ist.
Vorteilhafter Weise weist der zweite Mechanismus ein zweites Hohlrad, einen zweiten Planetensatz und ein zweites Sonnenrad auf.
Vorteilhafterweise weist der zweite Mechanismus zudem noch ein drittes Hohlrad, einen dritten Planetensatz und ein drittes Sonnenrad auf.
Dabei ist es bevorzugt, wenn das erste Sonnenrad und das dritte Sonnenrad drehbar in der Abtriebseinheit gelagert sind, und das zweite Sonnerad fest mit dem Rampengehäuse verbunden ist. Dabei ist das zweite Sonnenrad fest am Umfang des Rampengehäuses angeordnet.
Neben dem Vorteil, über eine kompakte Bauform zu verfügen, ist die koaxiale Richtungsumwandlung besonders vorteilhaft, die durch drei oder mehr, meist koaxial angeordnete Wellen im Planetengetriebe erreicht wird. Kräfte, die radial weit außen auf die Abtriebseinheit, insbesondere auf das erste Hohlrad, aufgebracht werden, können mittels eines Planetengetriebes und/oder mehrerer Planetengetriebe radial ins Innere der Abtriebseinheit weiter gegeben werden.
Vorteilhafterweise weisen der erste Planetensatz des ersten Mechanismus und der zweite Planetensatz und dritte Planetensatz des zweiten Mechanismus einen gemeinsamen Planetenträger auf. Der Planetenträger entspricht einem Steg, auf dem der erste, der zweite und der dritte Planetensatz angeordnet sind. Durch den gemeinsamen Planetenträger ist der Umschaltvorgang in vorteilhafter Weise mit dem Entkopplungsvorgang verknüpft. Somit erfolgt das Umschalten der Freilaufeinrichtung zeitlich erst dann, wenn die Entkopplung des Kegelrads vom Differenzial abgeschlossen ist. Das heißt, die Umschaltung der Freilaufeinrichtung erfolgt erst, wenn das Kegelrad vom Differenzial entkoppelt und die Abtriebseinheit somit lastfrei ist. Somit wird gewährleistet, dass die Freilaufeinrichtung des Kurbel-CVT-Getriebes nur dann umgeschaltet wird, wenn das Kurbel- CVT-Getriebe lastfrei ist.
Vorteilhafter Weise weist das zweite Hohlrad des zweiten Mechanismus auf der Fläche, die dem ersten Hohlrad zugeordnet ist, wenigstens eine bogenförmige Nut auf, in der ein Stift angeordnet ist, der fest mit dem ersten Hohlrad verbunden ist. Dabei verläuft die wenigstens eine Nut in der radialen Erstreckungsrichtung bzw. Ausdehnungsrichtung des zweiten Hohlrads. Durch den Stift wird eine Verbindung des ersten Hohlrads mit dem zweiten Hohlrad ermöglicht.
Bevorzugter Weise weist das zweite Hohlrad auf der Fläche, die dem ersten Hohlrad zugeordnet ist, drei bogenförmige Nuten auf, in denen jeweils ein Stift angeordnet ist, der fest mit dem ersten Hohlrad verbunden ist. Dabei verlaufen die drei Nuten in der radialen Erstreckungsrichtung bzw. Ausdehnungsrichtung des zweiten Hohlrads. Durch die Stifte wird eine Verbindung des ersten Hohlrads mit dem zweiten Hohlrad ermöglicht.
Die Verbindung des ersten Hohlrads und des zweiten Hohlrads über Stifte, die in Nuten laufen, ist besonders vorteilhaft, da auf diese Weise die Verdrehung des ersten Hohlrads relativ zu dem zweiten Hohlrad gezielt gesteuert werden kann. Das heißt die Drehung bzw. Rotation des zweiten Hohlrads ist abhängig von der Stellung des ersten Hohlrads. Durch die Nuten in dem zweiten Hohlrad, in denen die Stifte, die mit dem ersten Hohlrad fest verbunden sind, laufen, kann genau bestimmt werden, wann die Umschaltung der Freilaufeinheit erfolgen kann bzw. soll, nämlich sobald die Abtriebseinheit des Kurbel-CVT-Getriebes lastfrei ist.
Vorzugsweise sind das zweite Hohlrad des zweiten Mechanismus und das dritte Hohlrad des zweiten Mechanismus über wenigstens eine Rastierung miteinander verbunden.
Die Rastierung hat den Vorteil, eine Verdrehung des zweiten Hohlrads gegenüber dem ersten Hohlrad während des Umschaltvorgangs der Freiläufe zu verhindern und so eine reibungslose Umschaltung zu ermöglichen. Somit sind das zweite Hohlrad und das dritte Hohlrad nicht dauerhaft miteinander verbunden, sondern lediglich während des Umschaltvorgangs der Freilaufeinrichtung miteinander gekoppelt.
Bevorzugterweise entspricht die Umschalteinheit einer Spindel bzw. einer Spindeleinheit, die aus mehreren Spindelstangen besteht, die wiederum in axialer Richtung der Abtriebswelle verschiebbar sind. Über die axiale Verschiebung wird die Freilaufeinrichtung umgeschaltet. Dazu weist die Spindeleinheit auf ihrem Umfang in radialer Richtung Einfräsungen oder Einkerbungen auf.
Über eine Spindeleinheit, die in axialer Richtung der Abtriebswelle verschiebbar gestaltet ist, können vorteilhafterweise eine große Anzahl an Freiläufen umgeschaltet werden.
Vorzugsweise ist die Freilaufeinrichtung als umschaltbarer Freilauf ausgebildet, der wahlweise eine Relativdrehung in eine erste oder zweite Relativdrehrichtung zwischen der Freilaufeinrichtung und der Abtriebswelle blockiert und die Relativdrehung zwischen der Freilaufeinrichtung und der Abtriebswelle in der anderen aus der ersten oder zweiten Relativdrehrichtung ermöglicht.
Umschaltbare Freiläufe haben den Vorteil, einen kompakten und damit stabilen Aufbau aufzuweisen und daher besonders verschleißfest und dauerhaft belastbar zu sein.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, in denen:
Figur 1 eine Querschnittsansicht in Axialrichtung einer Abtriebseinheit eines Kurbel-CVT- Getriebes gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Aktuator und einem ein- gespurtem Kegelrad zwischen einer Gelenkwelle des Getriebes und einem Differential ist,
Figur 2 eine Querschnittsansicht der Antriebseinheit eines Kurbel-CVT-Getriebes mit einem Aktuator und ausgespürtem Kegelrad ist,
Figur 3 eine Querschnittsansicht des Aktuators ist, Figur 4 eine perspektivische Ansicht der Gelenkwelle mit einer Druckfeder, einem Rampenmechanismus und einem Kegelrad ist,
Figur 5 eine perspektivische Ansicht der Gelenkwelle mit der Druckfeder, einer Spindel und einem Rampengehäuse ist,
Figur 6 eine perspektivische Ansicht der Abtriebswelle mit der Spindel und dem Rampengehäuse ist,
Figur 7 eine perspektivische Ansicht der Abtriebswelle mit der Spindel ist,
Figur 8 eine perspektivische Ansicht der Abtriebswelle mit einem ersten Hohlrad, einem Schneckentrieb und einem zweiten Hohlrad ist,
Figur 9 eine perspektivische Ansicht der Abtriebswelle mit dem ersten Hohirad, dem Schneckentrieb, dem zweiten Hohlrad und einem dritten Hohlrad ist,
Figur 10 eine perspektivische Ansicht des zweiten Hohlrads ist,
Figur 11 eine perspektivische Ansicht des ersten Hohlrads ist,
Figur 12 eine Draufsicht auf das zweite Hohlrad und den Rampenmechanismus in einer ersten Umschaltphase ist,
Figur 13 eine Draufsicht auf das zweite Hohlrad und den Rampenmechanismus in einer zweiten Umschaltphase ist,
Figur 14 eine Draufsicht auf das zweite Hohlrad und den Rampenmechanismus in einer dritten Umschaltphase ist,
Figur 15 eine Draufsicht auf das zweite Hohlrad und den Rampenmechanismus in einer vierten Umschaltphase ist, Figur 16 eine Draufsicht auf das zweite Hohlrad und den Rampenmechanismus in einer fünften Umschaltphase ist,
Figur 17 eine Draufsicht auf das zweite Hohlrad und den Rampenmechanismus in einer sechsten Umschaltphase ist,
Figur 18 eine Draufsicht auf das zweite Hohlrad und den Rampenmechanismus in einer siebten Umschaltphase ist,
Figur 19 eine Draufsicht auf das zweite Hohlrad und den Rampenmechanismus in einer achten Umschaltphase ist.
In den Figuren wird eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kurbel-CVT-Getriebes gezeigt.
Figuren 1 und 2 zeigen insbesondere eine Abtriebseinheit 1 eines Kurbel-CVT-Getriebes. Eine Freilaufeinrichtung 10 ist in Form von mehreren in axialer Richtung nacheinander angeordneten Freiläufen zur Verbindung mit der Antriebsseite des Getriebes (nicht dargestellt) vorgesehen. Die Freiläufe weisen dazu z.B. jeweils Anlenkpunkte für pleuelähnliche Verbindungselemente zu den Exzentereinheiten der Antriebsseite auf. Die Freiläufe sind auf einer Abtriebswelle 500 des Getriebes vorgesehen. In der Abtriebswelle 500 sind in axialer Richtung Bohrungen vorgesehen, in die jeweils axial verstellbar eine Spindeleinheit 30 aufgenommen ist. Dabei beinhaltet die Spindeleinheit 30 mehrere Spindelstangen 300 und dient als Umschalteinrichtung. Die Abtriebseinheit 1 weist in Axialrichtung ein erstes Ende 40, das einer Verbindungsstelle zu einem Differential 2 entspricht, und ein zweites Ende 50 auf, das z.B. eine Lagerung der Abtriebswelle 500 am Gehäuse vorsieht. Die Freilaufeinrichtung 10 ist an dem zweiten Ende 50 angeordnet. Am ersten Ende 40 ist ein Aktuator 20 vorgesehen, der später im einzelnen beschrieben wird.
In der Abtriebswelle 500 ist weiter eine zentrale Durchgangsbohrung angeordnet, in der eine Innenwelle oder Gelenkwelle 400 angeordnet ist. Die Gelenkwelle 400 erstreckt sich von dem ersten Ende 40 bis zum zweiten Ende 50 des Getriebes. Auf der Gelenkwelle 400 ist an dem ersten Ende 40 ein Kegelrad 180 angeordnet. In axialer Richtung der Gelenkwelle 400 ist dem Kegelrad 180 nachfolgend in Richtung des zweiten Endes 50 ein Rampenmechanismus 160 angeordnet. Ferner ist eine Druckfeder 164 vorgesehen, die spiralförmig um die Gelenkwelle 400 angeordnet ist und die Gelenkwelle 400 gegenüber der Abtriebswelle 500 in Richtung des Differentials 2 vorbelastet. Die Druckfeder 164 ist in Richtung des zweiten Endes 50 in axialer Richtung der Gelenkwelle 400 dem Rampenmechanismus 160 nachfolgend angeordnet.
Bei den in Figuren 1 und 2 gezeigten eine Schnittansichten der Abtriebseinheit 1 zeigt Figur 1 einen Zustand des Kurbel-CVT-Getriebes, bei dem die Abtriebseinheit 1 mit dem Differential 2 gekoppelt ist und die Abtriebseinheit 1 über das Kegelrad 180 mit dem Differenzial 2 verbunden ist. Figur 2 zeigt einen Zustand des Kurbel-CVT-Getriebes, bei dem die Abtriebseinheit 1 nicht mit dem Differential 2 gekoppelt ist und das Kegelrad 180 der Abtriebseinheit 1 nicht mit dem Differenzial 2 verbunden ist. Für den gekoppelten Zustand ist das Kegelrad 180 am äußersten ersten Ende 40 der Abtriebseinheit 1 positioniert. Für den entkoppelten Zustand wird das Kegelrad 180 in Richtung des zweiten Endes 50 der Abtriebseinheit 1 zurück bewegt.
Figur 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Aktuators 20 aus Figur 2. Der Aufbau des Aktuators 20 wird im Folgenden anhand der Figuren 3 bis 11 erklärt.
Der Aktuator 20 ist an dem ersten Ende 40 angeordnet. Der Aktuator 20 weist einen ersten Mechanismus 100 (rechts in Figur 3) für die Entkopplung der Abtriebseinheit 1 von dem Differential 2 und einen zweiten Mechanismus 200 (links in Figur 3) für die Betätigung der Spindeleinheit 30 auf. Dabei ist der erste Mechanismus 100 nahe dem ersten Ende 40 der Abtriebseinheit 1 angeordnet und der zweite Mechanismus 200 in axialer Richtung der Abtriebseinheit 1 hinter dem ersten Mechanismus 100 in Richtung des zweiten Endes 50 angeordnet. Die Spindeleinheit 30 schließt sich in axialer Richtung an den zweiten Mechanismus 200 an und erstreckt sich bis zu dem zweiten Ende 50 der Abtriebseinheit 1.
Der erste Mechanismus 100 des Aktuators 20 weist ein erstes Hohlrad 110, einen ersten Planetensatz 120, der mit dem ersten Hohlrad 110 kämmt, und ein erstes Sonnenrad 130, das in der Abtriebseinheit 1 gelagert ist und mit dem ersten Planetensatz kämmt, auf. Des Weiteren weist der erste Mechanismus 100 einen Rampenmechanismus 160 auf. Der Rampenmechanismus 160 beinhaltet einen Rampenplanetensatz 140, der drei Rampenplanetenräder beinhaltet, eine erste Rampe 161 , eine zweite Rampe 162 und drei kugelförmige Rampenkörper 163 (siehe Figuren 12 bis 19), die in einer Führungsnut mit entlang des Umfangs veränderlicher Tiefe zwischen der ersten Rampe 161 und der zweiten Rampe 162 angeordnet sind. In axialer Richtung der Abtriebseinheit 1 (in Richtung des ersten Endes 40) ist neben dem Rampenmechanismus 160 das Kegelrad 180 angeordnet. Der Rampenmechanismus 160 weist weiter ein Rampengehäuse 150 auf. Weiter weist der erste Mechanismus 100 zwischen dem ersten Sonnerad 130 und dem Rampenmechanismus 160 eine Bogenfeder 170 auf, die der Speicherung der Schaltenergie dient.
In einer Aussparung in einem Getriebegehäuse 600 ist ein Schneckentrieb 105 angeordnet, der an einem äußeren Umfang des ersten Hohlrads 110, das unterhalb der Aussparung in dem Getriebegehäuse 600 positioniert ist, angreift.
Der zweite Mechanismus 200 ist in axialer Richtung der Abtriebseinheit 1 (in Richtung des zweiten Endes 50) dem ersten Mechanismus 100 nachfolgend angeordnet. Der zweite Mechanismus 200 beinhaltet ein zweites Hohlrad 210, einen zweiten Planetensatz 220 und ein zweites Sonnenrad 230. Das zweite Sonnenrad 230 ist fest mit dem Rampengehäuse 150 verbunden. Der zweite Mechanismus 200 weist weiter ein drittes Hohlrad 240, einen dritten Planetensatz 250 und ein drittes Sonnenrad 260, das in der Abtriebseinheit 1 gelagert ist, auf. Dabei sind das dritte Hohlrad 240, der dritte Planetensatz 250 und das dritte Sonnerad 260 in axialer Richtung der Abtriebseinheit 1 (in Richtung des zweiten Endes 50) hinter dem jeweiligen zweiten Hohlrad 210, dem zweiten Planetensatz 220 und dem zweiten Sonnenrad 230 angeordnet. Das dritte Sonnenrad 260 kämmt mit den Spindelstangen 300 der Spindeleinheit 30. Zwischen der Gelenkwelle 400 und der Abtriebswelle 500 ist im Bereich des Aktuators 20 ein Rampengehäuse 150 angeordnet.
Das erste Hohlrad 110 ist mit dem zweiten Hohlrad 210 über drei an der Stirnfläche des ersten Hohlrads 110 fest angebrachte und in den Nuten 211 in der Stirnfläche des zweiten Hohlrads 220 laufende Stifte 220 verbunden (siehe Figuren 10 und 11). Das zweite Hohlrad 210 ist mit dem dritten Hohlrad 240, das fest in dem Getriebegehäuse 600 angeordnet ist, über eine Rastierung 241 verbunden, die im Wesentlichen eine Spiralfeder und eine Kugel enthält.
Der erste Planetensatz 120, der zweite Planetensatz 220 und der dritte Planetensatz 250 weisen einen gemeinsamen Planetenträger 270 auf und beinhalten jeweils drei Planetenräder.
In den Figuren 4 bis 11 sind Einzelteile des Kurbel-CVT-Getriebes in perspektivischer Ansicht gezeigt. Die Figuren 4 und 5 zeigen perspektivische Ansichten der Gelenkwelle 400, auf der spiralförmig die Druckfeder 164 angeordnet ist.
Dabei zeigt Figur 4 das Kegelrad 180, das an dem ersten Ende 40 der Abtriebseinheit 1 auf der Gelenkwelle 400 angeordnet ist. Der Rampenmechanismus 160 ist in einer axialen Richtung der Abtriebseinheit 1 (in Richtung des zweiten Endes 40) auf der Gelenkwelle 400 hinter dem Kegelrad 180 angeordnet. Dabei weist die erste Rampe 161 einen Sonnenradabschnitt auf, der zum Kämmen mit dem Rampenplanetensatz 140 des ersten Mechanismus 100 dient. Die erste Rampe 161 ist in axialer Richtung der Abtriebseinheit 1 verschiebbar gelagert. Die zweite Rampe 162 ist fest mit der Abtriebseinheit 1 verbunden.
Figur 5 zeigt das Rampengehäuse 150, das das Kegelrad 180 und den Rampenmechanismus 160 umfasst. Der Rampenplanetensatz 140 durchdringt mit den drei Rampenplanetenrädem das Rampengehäuse 150 an drei den dafür vorgesehenen Aussparungen im Rampengehäuse 150.
Die Figuren 6 bis 9 zeigen die Abtriebswelle 500, die Spindeleinheit 30 und das Rampengehäuse 150 mit den Aussparungen für die drei Rampenplanetenräder des Rampenplaneten- satzes 140. Die Spindeleinheit 30 weist sechs separate axial verschiebbare Spindelstangen 300 auf, die in der Abtriebswelle 500 gelagert sind (Figur 7).
Figur 8 zeigt das erste Hohlrad 110, sowie den Schneckentrieb 105, der an einem äußeren Umfang des Hohlrads 110 angreift. Das erste Hohlrad 110 ist derart angepasst, dass der Schneckentrieb 105 an dem äußeren Umfang des ersten Hohlrads 110 angreifen kann. Das bedeutet, dass das erste Hohlrad 110 an seinem äußeren Umfang ein entsprechend geartetes Rillenprofil für den Eingriff des Schneckentriebs 105 aufweist.
Figur 9 zeigt das erste Hohlrad 110, das zweite Hohlrad 210 und das dritte Hohlrad 240, die in axialer Richtung der Abtriebseinheit 1 hintereinander radial um die Abtriebswelle herum angeordnet sind. Dabei ist das erste Hohlrad 110 nahe dem ersten Ende 40 der Abtriebseinheit 1 angeordnet und das zweite Hohlrad 210 und das dritte Hohlrad 240 in Richtung des zweiten Endes 50 hinter dem ersten Hohlrad 110 angeordnet.
Figur 10 zeigt eine perspektivische Ansicht des zweiten Hohlrads 210. Auf der dem ersten Ende 40 der Antriebseinheit 1 zugewandten Seite sind nahe dem Umfang des zweiten Hohl- rads 210 drei bogenförmige Nuten 211 angeordnet. In jeder der drei Nuten 211 ist ein Stift 212 verschiebbar angeordnet.
Figur 11 zeigt das erste Hohlrad 110 und drei gleichmäßig an der dem zweiten Ende 50 zugewandten Seite des ersten Hohlrads 100 nahe am Umfang des ersten Hohlrads 110 angeordnete Stifte 212. Die Stifte 212, die in den Nuten 211 verschiebbar sind (Figur 10), sind fest mit dem ersten Hohlrad 110 verbunden.
In den Figuren 12 bis 19 ist eine Draufsicht auf die zweite Rampe 162 gezeigt.
Die zweite Rampe 162 weist an einer Seite bzw. Fläche, die dem ersten Ende 40 der Abtriebseinheit 1 zugewandt bzw. zugeordnet ist, drei in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte bogenförmige Rampenbereiche 165 auf. Jeder der drei bogenförmigen Rampenbereiche 165 enthält zwei erste Rampenabschnitte 166, zwei zweite Rampenabschnitte 167 und zwei dritte Rampenabschnitte 168. Die zwei dritten Rampenabschnitte 168 liegen nebeneinander. Außenseitig grenzen an die beiden dritten Rampenabschnitten 168 die beiden zweiten Rampenabschnitte 167 und an die beiden zweiten Rampenabschnitten 167 die beiden ersten Rampenabschnitte 166 an, so dass in einer Draufsicht auf die Rampe 162 die beiden ersten 166, zweiten 167 und dritten Rampenabschnitte 168 jeweils symmetrisch zu einer Symmetrieachse sind, die die ersten Rampenabschnitte 166 voneinander trennt.
Die ersten Rampenabschnitte 166 und die dritten Rampenabschnitte 168 sind ohne Steigung entlang der Rampe 162 und weisen somit Rampenflächen auf, die jeweils senkrecht zur axialen Richtung der Abtriebseinheit 1 sind. Allerdings befinden sich die ersten 166 und dritten Rampenflächen 168 in zueinander verschiedenen Ebenen senkrecht zur Axialrichtung. Die zweiten Rampenabschnitte 167 verbinden die ersten Rampenabschnitte 166 mit den dritten Rampenabschnitten 168 und haben abfallende Rampenflächen. Die ersten Rampenabschnitte 166 sind somit in axialer Richtung der Abtriebseinheit 1 (in Richtung des ersten Endes 40) am weitesten bezüglich der Rampe 162 erhaben bzw. am wenigsten vertieft, wohingegen die dritten Rampenabschnitte 168 in axialer Richtung der Abtriebseinheit 1 (in Richtung des zweiten Endes 50) am tiefsten in die Rampe 162 eingesunken sind.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des Umschaltmechanismus und des Aktuators beschrieben: Die Figuren 12 bis 19 zeigen mittels Draufsichten auf das zweite Hohlrad 210 und auf die zweite Rampe 162 verschiedene Schaltphasen des Aktuators 20. Die Schaltphasen sind abhängig von der Position der drei Stifte 212 in den drei Nuten 211 des zweiten Hohlrads 210 und der Position der drei kugelförmigen Rampenkörper 163 in der zweiten Rampe 162.
In Figur 12 befinden sich die drei Stifte 212 in den drei Nuten 211 zwischen dem ersten Nutendpunkt 213 und dem zweiten Nutendpunkt 214 der Nuten 211. Die drei kugelförmigen Rampenkörper 163 sind jeweils an den ersten Rampenabschnitten 166 positioniert. Das bedeutet, dass Figur 12 die erste Umschaltphase des Aktuators 20 zeigt. In der ersten Umschaltphase ist die Abtriebseinheit 1 des Kurbel-CVT-Getriebes mit dem Differential 2 verbunden, das heißt, das Kegelrad 180 ist mit dem Differential 2 gekoppelt und die Freilaufeinrichtung 10 der Abtriebseinheit 1 ermöglicht eine Drehbewegung der Abtriebseinheit 1 in eine erste Drehrichtung. Dabei sind die kugelförmigen Rampenkörper 163 an den ersten Rampenabschnitten 166 angeordnet und die Stifte 212 befinden sich in den Nuten 211 an einer Position zwischen den ersten Nutendpunkten 213 und den zweiten Nutendpunkten 214.
Um den Umschaltmechanismus 20 der Freiläufe anzutreiben, beginnt der Schneckentrieb 105 (nicht dargestellt) das erste Hohlrad 110 (nicht dargestellt) anzutreiben. Dabei dreht sich das zweite Hohlrad 210 zunächst nicht. Die fest mit dem ersten Hohlrad 110 verbundenen Stifte 212 laufen in den Nuten 211 des zweiten Hohlrads 210 in eine erste Drehrichtung. Die kugelförmigen Rampenkörper 163, die sich in Figur 12 in den ersten Rampenabschnitten 166 befinden, bewegen sich durch die Drehungen der ersten Rampe 161 (nicht dargestellt) in die erste Drehrichtung entlang den Rampenbereichen 165 ebenfalls in die erste Drehrichtung, was in Figur 13 gezeigt ist.
In Figur 13 befinden sich die drei Stifte 212 jeweils an einem ersten Nutendpunkt 213 der jeweiligen Nut 211. Die drei kugelförmigen Rampenkörper 163 sind jeweils an den zweiten Rampenabschnitten 167 positioniert, die einer Bewegung der kugelförmigen Rampenkörper 163 in eine erste Drehrichtung entsprechen. Das bedeutet, dass Figur 13 die zweite Umschaltphase zeigt. In der zweiten Umschaltphase ist die Abtriebseinheit 1 des Kurbel-CVT- Getriebes nicht mehr mit dem Differential 2 verbunden, das heißt, das Kegelrad 180 wird von dem Differential 2 entkoppelt. Dazu befinden sich die kugelförmigen Rampenkörper 163 im zweiten Rampenabschnitt 167, der von dem ersten Rampenabschnitt 166 in Richtung des dritten Rampenabschnitts abfällt und drücken somit die Rampen 161, 162 auseinander, was zu einer Relativverschiebung der Gelenkwelle 400 bezüglich der Abtriebswelle 500 führt. Die Stifte 212 gehen an den ersten Nutendpunkten 213 mit dem zweiten Hohlrad 210 auf Anschlag.
Da sich das erste Hohlrad 110 immer noch in eine erste Drehrichtung dreht, wird das zweite Hohlrad 210 ab dem Moment, an dem die Stifte 212 mit den ersten Nutendpunkten 213 auf Anschlag gehen, von dem ersten Hohlrad 110 in die erste Drehrichtung mitgenommen. Die kugelförmigen Rampenkörper 163 bewegen sich ebenfalls weiter in die erste Drehrichtung, was in Figur 14 gezeigt ist.
In Figur 14 befinden sich die drei Stifte 212 jeweils an den ersten Nutendpunkten 213 der jeweiligen Nuten 211. Die drei kugelförmigen Rampenkörper 163 sind jeweils an den dritten Rampenabschnitten 168 positioniert, die einer Bewegung der kugelförmigen Rampenkörper 163 in eine erste Drehrichtung entsprechen. Das bedeutet, dass Figur 14 die dritte Umschaltphase zeigt. Auch in der dritten Umschaltphase ist die Abtriebseinheit 1 des Kurbel-CVT- Getriebes nicht mit dem Differential 2 verbunden, das heißt, das Kegelrad 180 ist immer noch von dem Differential 2 entkoppelt. Die Stifte 212 befinden sich an den ersten Nutendpunkten 213 und die kugelförmigen Rampenkörper 163 sind in dem dritten Rampenabschnitt 168 angeordnet.
Das zweite Hohlrad 210 dreht somit über den zweiten Planetensatz 220 und den Planetenträger 270 den dritten Planetensatz und das dritte Sonnenrad 260, das die Spindeleinheit 30 antreibt und so die Freilaufeinrichtung 10 von der ersten Drehrichtung zur zweiten Drehrichtung umschaltet. Somit erfolgt die Umschaltung der Freilaufeinrichtung 10 von der ersten Drehrichtung in eine zweite Drehrichtung in der dritten Umschaltphase.
Um eine Verdrehung des zweiten Hohlrads 210 gegenüber dem dritten Hohlrad 250 während der Umschaltung der Freilaufeinheit 10 zu vermeiden, wird das zweite Hohlrad 210 während des Umschaltvorgangs über die Rastierung 241 in seiner Position relativ zum dritten Hohlrad 250 gehalten. Sobald der Umschaltvorgang vorbei ist, löst sich die Rastierung 241 und das zweite Hohlrad 210 kann sich wieder gegenüber dem dritten Hohlrad 250 verdrehen, was in Figur 15 gezeigt ist.
Die Umschaltung der Freilaufeinrichtung 10 von einer ersten Drehrichtung in eine zweite Drehrichtung bewirkt, dass sich alle drehenden Bauteile der Abtriebseinheit 1 in eine zweite Drehrichtung bewegen. In Figur 15 befinden sich die drei Stifte 212 zwischen den jeweiligen ersten Nutendpunkten
213 und den jeweiligen zweiten Nutendpunkten 214 der Nuten 211. Die drei kugelförmigen Rampenkörper 163 sind jeweils an den zweiten Rampenabschnitten 167 positioniert, die einer Bewegung der kugelförmigen Rampenkörper 163 in eine zweite Drehrichtung entsprechen. Das bedeutet, dass Figur 15 die vierte Umschaltphase zeigt. Auch in der vierten Umschaltphase ist die Abtriebseinheit 1 des Kurbel-CVT-Getriebes nicht mit dem Differential 2 verbunden, das heißt, das Kegelrad 180 ist von dem Differential 2 entkoppelt. Die drei Stifte 212 sind in den Nuten 211 jeweils an einer Position zwischen den ersten Nutendpunkten 213 und den zweiten Nutendpunkten 214 angeordnet. Die kugelförmigen Rampenkörper 163 befinden sich an den zweiten Rampenabschnitten 167.
Die Stifte 212 bewegen sich in den Nuten 211 von den ersten Nutendpunkten 213 in Richtung der zweiten Nutendpunkte 214 in die zweite Drehrichtung. Das zweite Hohlrad 210 dreht sich somit nicht. Auch die kugelförmigen Rampenkörper 163 bewegen sich in die zweite Drehrichtung, was in Figur 16 gezeigt ist.
In Figur 16 befinden sich die drei Stifte 212 jeweils an den jeweiligen zweiten Nutendpunkten
214 der Nuten 211. Die drei kugelförmigen Rampenkörper 163 sind jeweils an den ersten Rampenabschnitten 166 positioniert. Das bedeutet, dass Figur 16 die fünfte Umschaltphase zeigt. In der fünften Umschaltphase ist die Abtriebseinheit 1 des Kurbel-CVT-Getriebes wieder mit dem Differential 2 verbunden, das heißt, das Kegelrad 180 ist wieder mit dem Differential 2 gekoppelt, um die zweite Drehrichtung der Abtriebseinheit 1 auf das Differential 2 zu übertragen.
Dabei bewegen sich die kugelförmigen Rampenkörper 163 weiter in die zweite Drehrichtung und befinden sich in der fünften Umschaltphase wieder an den ersten Rampenabschnitten 166. Die Stifte 212 laufen noch in den Nuten 211 zwischen den ersten Nutendpunkten 213 und den zweiten Nutendpunkten in die zweite Drehrichtung und somit bewegt sich das zweite Hohlrad 210 nicht.
Sobald eine erneute Umschaltung der Freilaufeinrichtung 10 für eine Drehrichtungsumkehr durchgeführt werden soll, erfolgt erneut die Entkopplung der Antriebseinheit 1 von dem Differential 2, um eine lastfreie Umschaltung der Freilaufeinrichtung 10 zu ermöglichen. Dies ist in Figur 17 zu sehen. In Figur 17 befinden sich die drei Stifte 212 jeweils an den zweiten Nutendpunkten 214 der Nuten 211. Die drei kugelförmigen Rampenkörper 163 sind jeweils an den zweiten Rampenabschnitten 167 positioniert, die einer Bewegung der kugelförmigen Rampenkörper 163 in eine zweite Drehrichtung entsprechen. Das bedeutet, dass Figur 17 die sechste Umschaltphase zeigt. In der sechsten Umschaltphase ist die Abtriebseinheit 1 des Kurbel-CVT-Getriebes nicht mehr mit dem Differential 2 verbunden, das heißt das Kegelrad 180 ist von dem Differential entkoppelt und die Abtriebseinheit ist lastfrei.
Da sich die Abtriebseinheit 1 immer noch in die zweite Drehrichtung dreht, bewegen sich die kugelförmigen Rampenkörper 163 zunächst auch in die zweite Drehrichtung. Auch die Stifte
212 bewegen sich in den Nuten 211 in eine zweite Drehrichtung und gehen mit den zweiten Nutendpunkten 214 auf Anschlag. Ab diesem Zeitpunkt wird das zweite Hohlrad 210 wieder von dem ersten Hohlrad 110 mitgenommen und bewegt sich in die zweite Drehrichtung, was in Figur 18 gezeigt ist.
In Figur 18 befinden sich die drei Stifte 212 zwischen den jeweiligen ersten Nutendpunkten
213 und den jeweiligen zweiten Nutendpunkten 214 der Nuten 211. Die drei kugelförmigen Rampenkörper 163 sind jeweils an den dritten Rampenabschnitten 168 positioniert, die einer Bewegung der kugelförmigen Rampenkörper 163 in eine zweite Drehrichtung entsprechen. Das bedeutet, dass Figur 18 die siebte Umschaltphase zeigt. In der siebten Umschaltphase ist die Abtriebseinheit des Kurbel-CVT-Getriebes 1 weiterhin nicht mit dem Differential 2 verbunden, das heißt das Kegelrad 180 bleibt weiterhin von dem Differential entkoppelt. Die Stifte 212 befinden sich weiterhin an den Nutendpunkten 214 und die Kugelförmigen Rampenkörper 163 an den dritten Rampenabschnitten 168.
Durch die Verbindung des ersten Hohlrads 110 (nicht dargestellt) mit dem zweiten Hohlrad 210 über die Stifte 212, die sich an den Nutendpunkten 214 befinden, wird das zweite Hohlrad 210 weiter in die zweite Drehrichtung mitgenommen. Das zweite Hohlrad dreht somit über den zweiten Planetensatz 220 und den Planetenträger 270 den dritten Planetensatz und das dritte Sonnenrad 260, das die Spindel 300 zum Umschalten der Freilaufeinrichtung 10 von der zweiten Drehrichtung zur ersten Drehrichtung antreibt, was in Figur 19 gezeigt ist.
Das zweite Hohlrad 210 dreht somit über den zweiten Planetensatz 220 und den Planetenträger 270 den dritten Planetensatz und das dritte Sonnenrad 260, das die Spindeleinheit 30 antreibt und so die Freilaufeinrichtung 10 von der zweiten Drehrichtung zur ersten Drehrichtung umschaltet. Somit erfolgt die Umschaltung der Freilaufeinrichtung 10 von der zweiten Drehrichtung in eine erste Drehrichtung die in der siebten Umschaltphase.
In Figur 19 befinden sich die drei Stifte 212 zwischen den jeweiligen ersten Nutendpunkten 213 und den jeweiligen zweiten Nutendpunkten 214 der Nuten 211. Die drei kugelförmigen Rampenkörper 163 sind jeweils an den zweiten Rampenabschnitten 167 positioniert, die einer Bewegung der kugelförmigen Rampenkörper 163 in eine erste Drehrichtung entsprechen. Das bedeutet, dass Figur 19 die achte Umschaltphase zeigt. In der achten Umschaltphase ist die Abtriebseinheit des Kurbel-CVT-Getriebes 1 weiterhin nicht mit dem Differential 2 verbunden, das heißt das Kegelrad 180 ist noch von dem Differential entkoppelt.
Die Stifte 212 bewegen sich wieder in eine erste Drehrichtung und befinden sich in den Nuten 211 an Positionen zwischen den ersten Nutendpositionen 213 und den zweiten Nutendpositionen 214. Die kugelförmigen Rampenkörper 163 bewegen sich ebenfalls in die erste Drehrichtung und sind an den zweiten Rampenabschnitten 167 angeordnet.
Die neunte Umschaltphase entspricht der ersten Umschaltphase, die Figur 12 gezeigt ist. In der ersten Umschaltphase ist die Abtriebseinheit 1 des Kurbel-CVT-Getriebes wieder mit dem Differential 2 verbunden, das heißt das Kegelrad 180 ist mit dem Differential 2 gekoppelt und die Freilaufeinrichtung 10 der Abtriebseinheit 1 ermöglicht eine Bewegung der drehenden Bauteile der Abtriebseinheit 1 in die erste Drehrichtung. Dabei sind die kugelförmigen Rampenkörper 163 an den ersten Rampenabschnitten 166 angeordnet und die Stifte 212 befinden sich in den Nuten 211 an einer Position zwischen den ersten Nutendpunkten 213 und den zweiten Nutendpunkten 214.
Im Betrieb des Kurbel-CVT-Getriebes 1 wird zur Umschaltung der Freilaufeinrichtung 10 zunächst der erste Mechanismus 100 aktiviert. Dazu treibt der Schneckentrieb 105 das erste Hohlrad 110 an. Das erste Hohlrad 110 wiederum treibt den ersten Planetensatz 120 an, der mit dem ersten Sonnenrad 130 kämmt und das erste Sonnenrad 130 antreibt. Das erste Sonnenrad 130 kämmt mit dem Rampenplanetensatz 140, der in den Sonnenradabschnitt der ersten Rampe 161 eingreift und somit die erste Rampe 161 des Rampenmechanismus 160 antreibt. Durch die Drehung der ersten Rampe 161 , wandern die drei kugelförmigen Rampenkörper 163 zwischen der ersten Rampe 161 und der zweiten Rampe 162 entlang des Rampenbereichs 165 und bewegen die erste Rampe 161 in axialer Richtung der Abtriebseinheit in Richtung des ersten Endes 40 der Abtriebseinheit 1 gegen die Vorbelastung der Feder 164. Die zweite Rampe 162 ist in axialer Richtung der Abtriebseinheit nicht verschiebbar. Je nach Drehrichtung der ersten Rampe 161 bewegen sich die kugelförmigen Rampenkörper 163 in eine erste Drehrichtung oder eine zweite Drehrichtung und demzufolge in Rampenbereiche 165, die der ersten Drehrichtung oder der zweiten Drehrichtung entsprechen.
Befinden sich die kugelförmigen Rampenkörper 163 an den jeweiligen ersten Rampenabschnitten 166 der Rampenbereiche 165, so ist die erste Rampe 161 über eine größtmögliche Distanz in axialer Richtung der Antriebseinheit 1 in Richtung des ersten Endes 40 verschoben. In diesem Zustand ist das Kegelrad 180 der Abtriebseinheit 1 ist mit dem Differential 2 verbunden bzw. gekoppelt und es erfolgt somit eine Drehmomentübertragung von der Abtriebseinheit 1 zum Differential 2.
Befinden sich die kugelförmigen Rampenkörper 163 an den dritten Rampenabschnitten 168 der Rampenbereiche 165, so ist die erste Rampe 161 über eine größtmögliche Distanz in axialer Richtung der Antriebseinheit 1 in Richtung des zweiten Endes 50 verschoben. In diesem Zustand ist das Kegelrad 180 der Abtriebseinheit 1 ist nicht mit dem Differential 2 verbunden bzw. gekoppelt. Das heißt das Kegelrad 180 ist von dem Differential 2 entkoppelt, und es erfolgt keine Drehmomentübertragung von der Abtriebseinheit 1 zum Differential 2.
Während der erste Mechanismus 100 dem Entkoppeln bzw. Einkoppeln des Kegelrads 180 dient, erfolgt keine Betätigung des zweiten Mechanismus 200. Das bedeutet, dass die Stifte 212, die das erste Hohlrad 110 des ersten Mechanismus 100 und das zweite Hohlrad 210 des zweiten Mechanismus 200 miteinander verbinden, während des Entkopplungsvorgangs des Kegelrads in den Nuten 211 laufen und somit bewirken, dass sich das zweite Hohlrad 210 während des Entkopplungsvorgangs des Kegelrads 180 nicht mit dem ersten Hohlrad 110 dreht.
Ist der Entkopplungsvorgang abgeschlossen, das heißt, ist das Kegelrad 180 von dem Differential 2 entkoppelt und die Abtriebseinheit 1 somit lastfrei, schlagen die drei Stifte 212 jeweils an den ersten Nutendpunkten 213 der Nuten 211 an. Sobald die drei Stifte 212 die ersten Nutendpunkte 213 der Nuten 211 erreicht haben, wird das zweite Hohlrad 210 von dem ersten Hohlrad 110 mitgenommen und somit angetrieben. Da über die Stifte 212 eine Verbindung zwischen dem ersten Hohlrad 110 und dem zweiten Hohlrad 210 erzeugt wird, drehen sich das erste Hohlrad 110 und das zweite Hohlrad 210 mit gleicher Geschwindigkeit miteinander in eine erste gemeinsame Drehrichtung. Das zweite Hohlrad 210 treibt den zweiten Planetensatz 220 an, der mit dem zweiten Sonnenrad 230 kämmt. Das Sonnenrad 230 ist fest mit der Abtriebseinheit 1 verbunden. Die Drehung des zweiten Planetensatzes 220 treibt somit den Planetenträger 270 an.
Der Planetenträger 270 wiederum treibt den dritten Planetensatz 250 an, der mit dem dritten Hohlrad 240, das fest im Getriebegehäuse 600 angeordnet ist, und mit dem dritten Sonnenrad 260, das mit der Spindeleinheit 30 verbunden ist, kämmt. Das dritte Sonnenrad 260 treibt die Spindeleinheit 30, die in der Abtriebswelle 400 angeordnet ist, an.
Die Spindeleinheit 30 ist in axialer Richtung verschiebbar. Durch die axiale Verschiebung der Spindeleinheit 30 erfolgt die Umschaltung der Freilaufeinrichtung 10, z.B. über Schlingfedermechanismen in Verbindung mit kegelförmigen Abschnitten der Spindeleinheit 30.
Damit das Kegelrad 180 einwandfrei in das Differential 2 einkoppelt, ist zwischen dem ersten Sonnenrad 130 und dem Rampenmechanismus 160 eine Bogenfeder 170 angeordnet, die beim Umschalten der Freilaufeinrichtung 10 Energie speichert und diese, falls die Zahnköpfe des Kegelrads das sofortige Einkoppeln verhindern, das Einkoppeln des Kegelrads 180 im Differential 2 unterstützen.
Die reibungslose Funktion des Rampenmechanismus 160 wird von einer Druckfeder 164, die spiralförmig um die Gelenkwelle 400 angeordnet ist und die die erste Rampe 161 und die zweite Rampe 162 stets zusammendrückt und somit unter Spannung setzt, gewährleistet.
Bezuqszeichenliste
1 Abtriebseinheit
2 Differential
10 Freilaufeinrichtung
20 Aktuator
30 Umschalteinheit, Spindeleinheit
100 erster Mechanismus
105 Antrieb, Schneckentrieb
110 erstes Hohlrad
120 erster Planetensatz
130 erstes Sonnenrad
140 Rampenplanetensatz
160 Rampenmechanismus 150 Rampengehäuse
161 erste Rampe
162 zweite Rampe
163 Rampenkörper
164 Druckfeder
165 Rampenbereich
166 erster Rampenabschnitt
167 zweiter Rampenabschnitt
168 dritter Rampenabschnitt 170 Bodenfeder
180 Verbindungsmittel, Kegelrad
200 zweiter Mechanismus
210 zweites Hohlrad
211 Nut
212 Stift
213 erster Nutendpunkt
214 zweiter Nutendpunkt 220 zweiter Planetensatz 230 zweites Sonnenrad 240 drittes Hohlrad 241 Rastierung
250 dritter Planetensatz
260 drittes Sonnenrad
270 Planetenträger
300 Spindelstange
400 Gelenkwelle
500 Abtriebswelle
600 Getriebegehäuse

Claims

Patentansprϋche
1. Kurbel-CVT-Getriebe, enthaltend eine Freilaufeinrichtung (10) in Verbindung mit einer Abtriebswelle (500) des Getriebes, die angepasst ist, wahlweise eine Relativdrehung zwischen der Freilaufeinrichtung (10) und der Abtriebswelle (500) zu ermöglichen und zu blockieren, eine Umschalteinheit (30), die angepasst ist, die Freilaufeinrichtung (10) umzuschalten, eine Innenwelle (400), die mit der Abtriebswelle (500) und über ein Verbindungsmittel (180) mit einem Differential (2) verbindbar ist, wobei die Innenwelle (400) in axialer Richtung der Abtriebswelle (500) verschiebbar ist, einen Aktuator (20), der in Wechselwirkung mit der Umschalteinheit (30) ist und angepasst ist, die Umschaltung der Freilaufeinrichtung (10) einzuleiten, wobei der Aktuator (20) einen ersten Mechanismus (100) aufweist, der angepasst ist, die Innenwelle (400) in axialer Richtung zum Trennen der Innenwelle (400) von dem Differential (2) zu verschieben, und einen zweiten Mechanismus (200) aufweist, der angepasst ist, die Umschalteinheit (30) anzutreiben, wobei der zweite Mechanismus (200) mit dem ersten Mechanismus (100) gekoppelt ist und zeitlich nach dem ersten Mechanismus (100) angetrieben wird.
2. Kurbel-CVT-Getriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mechanismus (100) einen Antrieb (105) aufweist.
3. Kurbel-CVT-Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (105) ein Schneckentrieb ist.
4. Kurbel-CVT-Getriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mechanismus (100) weiter ein erstes Hohlrad (110), einen ersten Planetensatz (120) und ein erstes Sonnenrad (130) aufweist.
5. Kurbel-CVT-Getriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mechanismus (100) weiter einen Rampenmechanismus (160) aufweist, wobei der Rampenmechanismus (160) einen Rampenplanetensatz (140), eine erste Rampe (161), die fest mit der Innenwelle (400) verbunden ist, eine zweite Rampe (162), die fest in einem Rampengehäuse (150) angeordnet ist, und wenigstens einen Rampenkörper (163), der zwischen der ersten Rampe (161) und der zweiten Rampe (162) angeordnet ist, aufweist.
6. Kurbel-CVT-Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mechanismus (100) weiter eine Druckfeder (164) aufweist, die angepasst und angeordnet ist, die erste Rampe (161) und die zweite Rampe (162) zusammenzudrücken.
7. Kurbel-CVT-Getriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mechanismus (100) weiter eine Bogenfeder (170) aufweist, die zwischen dem ersten Sonnenrad (130) und dem Rampenmechanismus (160) angeordnet ist.
8. Kurbel-CVT-Getriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Mechanismus (200) ein zweites Hohlrad (210), einen zweiten Planetensatz (220) und ein zweites Sonnenrad (230) aufweist.
9. Kurbel-CVT-Getriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Mechanismus (200) weiter ein drittes Hohlrad (240), einen dritten Planetensatz (250) und ein drittes Sonnenrad (260) aufweist.
10. Kurbel-CVT-Getriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sonnenrad (130) und das dritte Sonnenrad (260) drehbar gelagert sind und das zweite Sonnenrad (230) fest mit dem Rampengehäuse (150) verbunden ist.
11. Kurbel-CVT-Getriebe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetensatz (120), der zweite Planetensatz (220) und der dritte Planetensatz (250) einen gemeinsamen Planetenträger (270) aufweisen.
12. Kurbel-CVT-Getriebe nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Hohlrad (210) auf der Fläche, die dem ersten Hohlrad (110) zugeordnet ist, wenigstens eine bogenförmige Nut (211) aufweist, in der ein Stift (212) angeordnet ist, der fest mit dem ersten Hohlrad (110) verbunden ist.
13. Kurbel-CVT-Getriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Hohlrad (210) auf der Fläche, die dem ersten Hohlrad (110) zugeordnet ist, drei Nuten (211) aufweist, in denen jeweils ein Stift (212) angeordnet ist, der fest mit dem ersten Hohlrad (110) verbunden ist.
14. Kurbel-CVT-Getriebe nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Hohlrad (240) wenigstens eine Rastierung (241) aufweist, die angepasst ist, das zweite Hohlrad (210) fest mit dem dritten Hohlrad (240) zu verbinden.
15. Kurbel-CVT-Getriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinheit (30) eine Spindel ist, die in axialer Richtung der Abtriebswelle (500) verschiebbar gestaltet ist.
16. Kurbel-CVT-Getriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufeinrichtung (10) ausgebildet ist, wahlweise eine Relativdrehung in einer ersten Relativdrehrichtung zwischen der Freilaufeinrichtung (10) und der Abtriebswelle (500), oder in einer zweiten Relativdrehrichtung zwischen der Freilaufeinrichtung (10) und der Abtriebswelle (500) zu blockieren und dabei eine Relativdrehung zwischen der Freilaufeinrichtung (10) und der Abtriebswelle (500) in der jeweils anderen Relativdrehrichtung zu ermöglichen.
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