WO2023208270A1 - Cvt gearbox for a motor-driven two-wheeled vehicle - Google Patents

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WO2023208270A1
WO2023208270A1 PCT/DE2023/100235 DE2023100235W WO2023208270A1 WO 2023208270 A1 WO2023208270 A1 WO 2023208270A1 DE 2023100235 W DE2023100235 W DE 2023100235W WO 2023208270 A1 WO2023208270 A1 WO 2023208270A1
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WO
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gear
rack
shaft
stage
conical
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PCT/DE2023/100235
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Inventor
Swapnil Pandav
Gomathi Ramalingam
Prajod Ayyappath
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Publication date
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    • F16H63/00—Control outputs from the control unit to change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion or to other devices than the final output mechanism
    • F16H63/02—Final output mechanisms therefor; Actuating means for the final output mechanisms
    • F16H63/04—Final output mechanisms therefor; Actuating means for the final output mechanisms a single final output mechanism being moved by a single final actuating mechanism
    • F16H63/06—Final output mechanisms therefor; Actuating means for the final output mechanisms a single final output mechanism being moved by a single final actuating mechanism the final output mechanism having an indefinite number of positions
    • F16H63/067—Final output mechanisms therefor; Actuating means for the final output mechanisms a single final output mechanism being moved by a single final actuating mechanism the final output mechanism having an indefinite number of positions mechanical actuating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H61/662—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for continuously variable gearings with endless flexible members
    • F16H61/66254—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for continuously variable gearings with endless flexible members controlling of shifting being influenced by a signal derived from the engine and the main coupling
    • F16H61/66259—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for continuously variable gearings with endless flexible members controlling of shifting being influenced by a signal derived from the engine and the main coupling using electrical or electronical sensing or control means
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/26—Racks

Definitions

  • the invention relates to a CVT transmission for a motorized two-wheeler, comprising a variator with two conical pulleys that can be moved relative to one another and adjusted via an actuator.
  • a CVT transmission for a motorcycle with adjustment of the conical pulleys of the variator relative to one another using flyweights is described in EP 0 038 316 B1, column 1, lines 1 - 30.
  • a two-stage gear arrangement is shown in DE 101 05 032 A1, Fig. 1, i. V. with chapter [0001].
  • the first gear stage which is a worm gear
  • the worm wheel is acted upon by an electric motor.
  • a gear that engages with the worm wheel acts directly on a rack via a second gear stage.
  • the latter elements form a second gear stage (rack gear).
  • US 2002/0 034 994 A1 discloses a CVT transmission with an adjustment of the conical pulleys of the variator relative to one another via a rack and pinion transmission.
  • CVT transmission generally for a motor vehicle
  • the transmission comprises a variator with conical pulleys, one of the conical pulleys being axially displaceable and a belt being accommodated between the conical pulleys on an adjustable radius.
  • a pressing device ensures a frictional connection between the conical pulleys and the belt.
  • the pressing device of this transmission according to DE 199 46 336 A1 includes positive guidance means which cause an axial displacement of the conical pulley depending on the torque to be transmitted and/or a ratio that can be set from the outside.
  • An automatic transmission described in DE 102 22 520 A1 comprises two sets of conical pulleys, with an arrangement of the axes of rotation of two conical pulleys of at least one set of conical pulleys relative to one another being variable. In this way, any spreading of the conical disks can be counteracted.
  • EP 1 743 107 B1 discloses a coaxial electrical actuator for a CVT transmission.
  • an electric actuator includes an axially movable armature.
  • a belt is provided as a wrapping means.
  • EP 1 413 802 B1 describes details of a pulley for a CVT transmission.
  • EP 1 413 802 B1 points out the basic possibility of axially moving pulleys of a CVT transmission using an electronically controlled actuator.
  • the invention is based on the object of creating a CVT transmission specifically for a motorized two-wheeler with improved actuators. There should be a particularly favorable relationship between the expenditure on equipment and functionality.
  • the two conical pulleys of the variator of the CVT transmission are connected via an electric adjustable mechanical actuator.
  • the actuator comprises a two-stage gear arrangement actuated by an electric motor, the first stage of which is designed as a worm gear and the second stage as a rack and pinion gear.
  • a threaded spindle of the worm gear is connected in a rotationally fixed manner to a motor shaft of the electric motor.
  • a gear element that connects the worm gear to the rack gear and is rotatable about a pivot axis is provided.
  • the latter comprises a shaft which has a gear segment meshing with its threaded spindle at the output of the worm gear and a gear at the input of the rack gear.
  • the rack and pinion gear includes a sleeve-shaped rack that meshes with the gear and surrounds a shaft intended to drive the mutually displaceable conical pulleys. Furthermore, a sleeve is provided which is arranged radially between the shaft and the rack and is coupled to the rack in a rotationally fixed manner by means of toothing. Finally, for rotational decoupling between the rack on the one hand and the shaft and the conical pulleys on the other hand, a bearing arrangement arranged axially between the rack and the conical pulleys is provided.
  • a motorized scooter is particularly considered as a motorized two-wheeler.
  • the actuator of the CVT transmission is therefore formed from a two-stage transmission arrangement with a worm gear as the first gear stage and a rack and pinion gear as the second gear stage.
  • a high reduction ratio can be achieved overall, while at the same time a low-backlash design is possible.
  • An electric motor of a common design for example in the form of a brushless direct current motor, is suitable for actuating the threaded spindle of the worm gear.
  • the worm gear is connected to the rack and pinion gear according to the invention via a gear element that is rotatable about a pivot axis.
  • the latter includes a shaft that exits the worm gear with its threaded spindle meshing gear segment and a gear at the input of the rack gear.
  • the gear element can basically be constructed in one or more parts.
  • the rack of the rack and pinion gear is in a particularly space-saving and at the same time robust design as a sleeve. It concentrically surrounds a shaft intended to drive the mutually displaceable conical disks. There is a sleeve radially between the shaft and the rack, which is coupled to the rack in a rotationally fixed manner by means of teeth.
  • a bearing arrangement arranged axially between the rack and the conical pulleys is provided.
  • the latter can in particular include a rolling bearing, for example in the form of a ball bearing.
  • the gear at the entrance to the rack and pinion gear can also be formed by a gear segment.
  • the pitch circle of this gearing, which is assigned to the second gear stage, in a typical embodiment is smaller, for example at most half as large, as the pitch circle of the gear segment, which is assigned to the worm gear. In this way, considerable forces can be introduced into the rack in the longitudinal direction of the rack with not too large displacement paths, i.e. adjusting movements of the pair of conical pulleys.
  • the shaft provided for driving the mutually displaceable cone disks can be firmly connected to one of the cone disks, while the second cone disk can be displaced in the axial direction of the shaft in order to vary the effective radius of the pair of cone disks and thus the transmission ratio of the entire transmission.
  • the gear element is pivoted by less than a full revolution.
  • the Drive element can be pivoted through an angle of at least 60° and not more than 150°.
  • an angle sensor can be present to detect the setting of the rotatable gear element that can be assigned to both gear stages. With its help, the distance between the two driven conical pulleys and thus the gear ratio of the continuously variable transmission can be determined.
  • Fig. 1 components of a continuously variable transmission for a two-wheeler in an exploded view
  • Fig. 2 shows a variator of the continuously variable transmission in a perspective view
  • a continuously variable transmission marked overall with the reference number 1 is intended for use in a motorized two-wheeler, in particular a motor scooter.
  • the two-wheeler is powered by an internal combustion engine.
  • the two-wheeler can have a hybrid drive, that is, a combination of combustion engine and electric motor drive.
  • a CVT transmission With regard to the basic structure and function of the continuously variable transmission 1, which is also generally referred to as a CVT transmission, reference is made to the prior art cited at the beginning.
  • a variator 2 which includes a front, actively adjustable pair of conical disks 3.
  • a belt as a traction means 8 runs between the conical pulleys 4, 5 of the conical pulley pair 3.
  • the common central axis of the conical pulleys 4, 5, that is to say the front pair of conical pulleys 3, is designated MA and is aligned in the transverse direction of the vehicle.
  • the rear pair of conical disks 9 is formed from two conical discs 10, 11, with a housing 12 located on the side of the outer conical disc 11, i.e. in the present case on the left side of the vehicle, in which a pressing mechanism 13, not shown, is arranged ensures the desired axial force between the conical disks 10, 11.
  • the variator 2, together with the pressing mechanism 13, ensures in every operating state of the transmission 1 that the belt 8 runs around the two pairs of conical pulleys 3, 9 with the required tension.
  • the variator 2 includes an electromechanical actuator 14 for adjusting the pair of conical disks 3 and thus for setting an effective radius of the conical disks 4, 5.
  • Part of the actuator 14 is an electric motor 15, the longitudinal In the present case, the axis is aligned in the longitudinal direction of the vehicle.
  • a two-stage gear arrangement, designated overall by 16, is actuated by the electric motor 15.
  • the first gear stage is in the form of a worm gear 17.
  • a threaded spindle 18 which is connected in a rotationally fixed manner to the motor shaft of the electric motor 15.
  • the output element of the worm gear 17 is in the form of a gear segment 19.
  • the gear segment 19 is part of a gear element that can be pivoted about a pivot axis SW and is designated overall by 20, which also represents the input element of a rack and pinion gear 30.
  • the pivot axis SW is aligned vertically, with rotation of the transmission element 20 by no more than 90 ° being provided between the two extreme settings of the continuously variable transmission 1.
  • the angular position of the gear element 20 can be detected with the aid of an angle sensor 23, which is located at the upper end of the gear element 20.
  • the pivotable gear element 20 further comprises a shaft 21 and a gear 22 arranged in the lower region of the shaft 21. All parts 19, 21, 22 of the gear element 20 are firmly connected to one another. A storage of the gear element 20 is not shown for the sake of clarity.
  • the pivoting direction of the gear element 20 is indicated by SR.
  • the gear 22 meshes with the teeth of a sleeve-shaped, horizontally displaceable rack 24.
  • the direction of displacement of the rack 24, which is parallel to the central axis MA, is indicated by VR.
  • the rack 24 surrounds a shaft 31 which is driven by an internal combustion engine and is concentric with the central axis MA.
  • a connecting flange arranged on the end face of the rack 24 facing away from the pair of conical disks 3 is designated 25.
  • a sleeve 26 is arranged radially between the shaft 31 and the rack 24 and has teeth 27, 28 for rotationally fixed coupling to the rack 24, which is also sleeve-shaped. With the help of a bearing arrangement 29, the linear movement of the rack 24 can be transmitted to the conical pulley 4 driven via the shaft 31.
  • the conical disk 5 is rigidly connected to the shaft 31.
  • the transmission 1 is set to the shortest possible gear ratio. This means that the scooter travels at low speed and at the same time a high torque is applied to the rear wheel.
  • the other extreme case, i.e. the longest possible translation, is illustrated in Figures 7 to 9 and 12 and 13. In this case, a higher vehicle speed is achieved, although the torque with which the rear wheel is driven is comparatively low.
  • the control of the variator 2 processes signals supplied in particular by the angle sensor 23.
  • the angular position of the gear segment 19 is clearly correlated with the distance between the conical pulleys 4, 5 and thus also with the set gear ratio of the transmission 1.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transmissions By Endless Flexible Members (AREA)

Abstract

The invention relates to a CVT gearbox (1) for a motor-driven two-wheeled vehicle, said gearbox comprising a variator (2) having two conical discs (4, 5) that can be displaced with respect to one another and can be adjusted by means of an electromechanical actuator (14), which actuator (14) comprises a two-stage gear assembly (16), the first stage of which is designed as a worm gear (17) and the second stage of which is designed as a rack-and-pinion gear (30), wherein an electric motor (15) acts on a threaded spindle (18) of the worm gear (17), wherein a gearbox element (20) is provided which connects the worm gear (17) to the rack-and-pinion gear (30) and can be rotated about a pivot axis (SW), said gearbox element comprising a shaft (21) which, at the output of the worm gear (17), has a gear segment (19) that meshes with the threaded spindle (18) of the worm gear and, at the input of the rack-and-pinion gear (30), has a gear (22), and wherein the rack-and-pinion gear (30) comprises a sleeve-shaped gear rack (24) which meshes with the gear (22) and surrounds a shaft (31) provided for driving the conical discs (4, 5) that can be displaced relative to one another.

Description

CVT-Getriebe für ein motorisiertes Zweirad CVT transmission for a motorized two-wheeler
Die Erfindung betrifft ein CVT-Getriebe für ein motorisiertes Zweirad, umfassend einen Variator mit zwei gegeneinander verschiebbaren sowie über einen Aktuator verstellbaren Kegelscheiben. The invention relates to a CVT transmission for a motorized two-wheeler, comprising a variator with two conical pulleys that can be moved relative to one another and adjusted via an actuator.
Ein CVT-Getriebe für ein Motorrad mit Verstellung der Kegelscheiben des Variators zueinander mithilfe von Fliehgewichten ist in der EP 0 038 316 B1 , Sp. 1 , Z. 1 - 30, beschrieben. A CVT transmission for a motorcycle with adjustment of the conical pulleys of the variator relative to one another using flyweights is described in EP 0 038 316 B1, column 1, lines 1 - 30.
Ein Aktuator mit einer zweistufigen Getriebeanordnung geht aus der DE 101 05 032 A1 , Fig. 1 , i. V. mit Kapitel [0001 ], hervor. Bei deren erster, als Schneckengetriebe vorliegenden Getriebestufe ist das Schneckenrad von einem Elektromotor beaufschlagt. Ein mit dem Schneckenrad in Eingriff stehendes Zahnrad wirkt über einen zweite Zahnradstufe unmittelbar auf eine Zahnstange ein. Letztgenannte Elemente bilden eine zweite Getriebestufe (Zahnstangengetriebe). An actuator with a two-stage gear arrangement is shown in DE 101 05 032 A1, Fig. 1, i. V. with chapter [0001]. In the first gear stage, which is a worm gear, the worm wheel is acted upon by an electric motor. A gear that engages with the worm wheel acts directly on a rack via a second gear stage. The latter elements form a second gear stage (rack gear).
Die US 2002 / 0 034 994 A1 offenbart ein CVT-Getriebe mit einer Verstellung der Kegelscheiben des Variators zueinander über ein Zahnstangengetriebe. US 2002/0 034 994 A1 discloses a CVT transmission with an adjustment of the conical pulleys of the variator relative to one another via a rack and pinion transmission.
Ein weiteres CVT-Getriebe, allgemein für ein Kraftfahrzeug, ist aus der DE 199 46 336 A1 bekannt. Das Getriebe umfasst einen Variator mit Kegelscheiben, wobei eine der Kegelscheiben axial verschiebbar ist und zwischen den Kegelscheiben auf einem verstellbaren Radius ein Riemen aufgenommen ist. Eine Anpresseinrichtung sorgt für einen Reibschluss zwischen den Kegelscheiben und dem Umschlingungsmittel. Die Anpresseinrichtung dieses Getriebes nach der DE 199 46 336 A1 umfasst Zwangsführungsmittel, die in Abhängigkeit vom zu übertragenden Moment und/oder einer von außen einzustellenden Übersetzung eine axiale Verschiebung der Kegelscheibe bewirken. Ein in der DE 102 22 520 A1 beschriebenes Automatikgetriebe umfasst zwei Kegelscheibensätze, wobei eine Anordnung der Drehachsen zweier Kegelscheiben mindestens eines Kegelscheibensatzes zueinander variierbar ist. Auf diese Weise soll einem Aufspreizen der Kegelscheiben entgegengewirkt werden können. Another CVT transmission, generally for a motor vehicle, is known from DE 199 46 336 A1. The transmission comprises a variator with conical pulleys, one of the conical pulleys being axially displaceable and a belt being accommodated between the conical pulleys on an adjustable radius. A pressing device ensures a frictional connection between the conical pulleys and the belt. The pressing device of this transmission according to DE 199 46 336 A1 includes positive guidance means which cause an axial displacement of the conical pulley depending on the torque to be transmitted and/or a ratio that can be set from the outside. An automatic transmission described in DE 102 22 520 A1 comprises two sets of conical pulleys, with an arrangement of the axes of rotation of two conical pulleys of at least one set of conical pulleys relative to one another being variable. In this way, any spreading of the conical disks can be counteracted.
Regelverfahren und Steuersysteme für CVT-Getriebe sind in den Dokumenten DE 10 2006 044 543 A1 und DE 10 2005 006 157 B4 beschrieben. Control methods and control systems for CVT transmissions are described in documents DE 10 2006 044 543 A1 and DE 10 2005 006 157 B4.
Die EP 1 743 107 B1 offenbart ein koaxiales elektrisches Stellglied für ein CVT- Getriebe. In diesem Fall umfasst ein elektrischer Aktuator einen axial beweglichen Anker. Auch in diesem Fall ist ein Riemen als Umschlingungsmittel vorgesehen. EP 1 743 107 B1 discloses a coaxial electrical actuator for a CVT transmission. In this case, an electric actuator includes an axially movable armature. In this case too, a belt is provided as a wrapping means.
Die EP 1 413 802 B1 beschreibt Details einer Riemenscheibe für ein CVT-Getriebe.EP 1 413 802 B1 describes details of a pulley for a CVT transmission.
Als mögliche Anwendungsfelder sind Motorroller und Kleinstwagen genannt. Ferner ist in der EP 1 413 802 B1 auf die grundsätzliche Möglichkeit hingewiesen, Riemenscheiben eines CVT-Getriebes mittels eines elektronisch gesteuerten Stellantriebs axial zu bewegen. Motor scooters and small cars are mentioned as possible areas of application. Furthermore, EP 1 413 802 B1 points out the basic possibility of axially moving pulleys of a CVT transmission using an electronically controlled actuator.
Außerdem wird auf die Druckschriften DE 102016 118 877 A1 , DE 30 44 286 A1 , DE 102021 109 655 A1 und DE 103 14 107 A1 verwiesen. Reference is also made to the publications DE 102016 118 877 A1, DE 30 44 286 A1, DE 102021 109 655 A1 and DE 103 14 107 A1.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein CVT-Getriebe konkret für ein motorisiertes Zweirad mit einer verbesserten Aktuatorik zu schaffen. Dabei soll ein besonders günstiges Verhältnis zwischen apparativem Aufwand und Funktionalität vorliegen. The invention is based on the object of creating a CVT transmission specifically for a motorized two-wheeler with improved actuators. There should be a particularly favorable relationship between the expenditure on equipment and functionality.
Diese Aufgabe wird durch die neuen Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Demnach sind die beiden Kegelscheiben des Variators des CVT-Getriebes über einen elektro- mechanischen Aktuator verstellbar. Der Aktuator umfasst eine zweistufige, durch einen Elektromotor betätigte Getriebeanordnung, deren erste Stufe als Schneckengetriebe und deren zweite Stufe als Zahnstangengetriebe ausgebildet ist. Eine Gewindespindel des Schneckengetriebes ist mit einer Motorwelle des Elektromotors drehfest verbunden. Dabei ist ein das Schneckengetriebe mit dem Zahnstangengetriebe verbindendes, um eine Schwenkachse drehbares Getriebeelement vorgesehen. Letztgenanntes umfasst eine Welle, die ausgangs des Schneckengetriebes ein mit dessen Gewindespindel kämmendes Zahnradsegment und eingangs des Zahnstangengetriebes ein Zahnrad hat. Das Zahnstangengetriebe umfasst eine hülsenförmige, mit dem Zahnrad kämmende Zahnstange, welche eine zum Antrieb der gegeneinander verschiebbaren Kegelscheiben vorgesehene Welle umgibt. Des Weiteren ist eine Hülse vorgesehen, die radial zwischen der Welle und der Zahnstange angeordnet und mittels Verzahnungen drehfest mit der Zahnstange gekoppelt ist. Schließlich ist zur Drehentkopplung zwischen der Zahnstange einerseits und der Welle sowie den Kegelscheiben andererseits eine axial zwischen der Zahnstange und den Kegelscheiben angeordnete Lageranordnung vorgesehen. This task is solved by the new features of claim 1. Accordingly, the two conical pulleys of the variator of the CVT transmission are connected via an electric adjustable mechanical actuator. The actuator comprises a two-stage gear arrangement actuated by an electric motor, the first stage of which is designed as a worm gear and the second stage as a rack and pinion gear. A threaded spindle of the worm gear is connected in a rotationally fixed manner to a motor shaft of the electric motor. A gear element that connects the worm gear to the rack gear and is rotatable about a pivot axis is provided. The latter comprises a shaft which has a gear segment meshing with its threaded spindle at the output of the worm gear and a gear at the input of the rack gear. The rack and pinion gear includes a sleeve-shaped rack that meshes with the gear and surrounds a shaft intended to drive the mutually displaceable conical pulleys. Furthermore, a sleeve is provided which is arranged radially between the shaft and the rack and is coupled to the rack in a rotationally fixed manner by means of toothing. Finally, for rotational decoupling between the rack on the one hand and the shaft and the conical pulleys on the other hand, a bearing arrangement arranged axially between the rack and the conical pulleys is provided.
Als motorisiertes Zweirad ist insbesondere an einen Motorroller gedacht. A motorized scooter is particularly considered as a motorized two-wheeler.
Der Aktuator des CVT-Getriebes ist somit aus einer zweistufigen Getriebeanordnung mit einem Schneckengetriebe als erster Getriebestufe und einem Zahnstangengetriebe als zweiter Getriebestufe gebildet. Durch die Hintereinanderschaltung der beiden Getriebestufen ist insgesamt ein hohes Untersetzungsverhältnis erreichbar, wobei zugleich eine spielarme Auslegung möglich ist. Zur Betätigung der Gewindespindel des Schneckengetriebes ist ein Elektromotor gängiger Bauart, beispielsweise in Form eines bürstenlosen Gleichstrommotors, geeignet. The actuator of the CVT transmission is therefore formed from a two-stage transmission arrangement with a worm gear as the first gear stage and a rack and pinion gear as the second gear stage. By connecting the two gear stages in series, a high reduction ratio can be achieved overall, while at the same time a low-backlash design is possible. An electric motor of a common design, for example in the form of a brushless direct current motor, is suitable for actuating the threaded spindle of the worm gear.
Das Schneckengetriebe ist mit dem Zahnstangengetriebe gemäß der Erfindung über ein um eine Schwenkachse drehbares Getriebeelement verbunden. Letztgenanntes umfasst eine Welle, die ausgangs des Schneckengetriebes ein mit dessen Gewinde- spindel kämmendes Zahnradsegment und eingangs des Zahnstangengetriebes ein Zahnrad hat. Das Getriebeelement kann grundsätzlich ein- oder mehrteilig aufgebaut sein. The worm gear is connected to the rack and pinion gear according to the invention via a gear element that is rotatable about a pivot axis. The latter includes a shaft that exits the worm gear with its threaded spindle meshing gear segment and a gear at the input of the rack gear. The gear element can basically be constructed in one or more parts.
Die Zahnstange des Zahnstangengetriebes liegt nach der Erfindung in besonders raumsparender und zugleich robuster Ausgestaltung als Hülse vor. Dabei umgibt sie eine zum Antrieb der gegeneinander verschiebbaren Kegelscheiben vorgesehene Welle konzentrisch. Radial zwischen der Welle und der Zahnstange existiert eine Hülse, welche mittels Verzahnungen drehfest mit der Zahnstange gekoppelt ist. Dabei ist zur Drehentkopplung zwischen der Zahnstange einerseits und der Welle sowie den Kegelscheiben andererseits eine axial zwischen der Zahnstange und den Kegelscheiben angeordnete Lageranordnung vorgesehen. Letztgenannte kann insbesondere ein Wälzlager, beispielsweise in Form eines Kugellagers, umfassen. According to the invention, the rack of the rack and pinion gear is in a particularly space-saving and at the same time robust design as a sleeve. It concentrically surrounds a shaft intended to drive the mutually displaceable conical disks. There is a sleeve radially between the shaft and the rack, which is coupled to the rack in a rotationally fixed manner by means of teeth. For rotational decoupling between the rack on the one hand and the shaft and the conical pulleys on the other hand, a bearing arrangement arranged axially between the rack and the conical pulleys is provided. The latter can in particular include a rolling bearing, for example in the form of a ball bearing.
Das Zahnrad eingangs des Zahnstangengetriebes kann auch durch ein Zahnradsegment gebildet sein. Der Teilkreis dieser der zweiten Getriebestufe zuzurechnenden Verzahnung in typischer Ausgestaltung ist geringer, beispielsweise höchstens halb so groß, als der Teilkreis des Zahnradsegments, welches dem Schneckengetriebe zuzurechnen ist. Auf diese Weise können in die Zahnstange beträchtliche Kräfte in Längsrichtung der Zahnstange bei nicht zu großen Verschiebewegen, das heißt Stellbewegungen des Paares an Kegelscheiben, eingeleitet werden. The gear at the entrance to the rack and pinion gear can also be formed by a gear segment. The pitch circle of this gearing, which is assigned to the second gear stage, in a typical embodiment is smaller, for example at most half as large, as the pitch circle of the gear segment, which is assigned to the worm gear. In this way, considerable forces can be introduced into the rack in the longitudinal direction of the rack with not too large displacement paths, i.e. adjusting movements of the pair of conical pulleys.
Die zum Antrieb der gegeneinander verschiebbaren Kegelscheiben vorgesehene Welle kann mit einer der Kegelscheiben fest verbunden sein, während die zweite Kegelscheibe in Axialrichtung der Welle verschiebbar ist, um den wirksamen Radius des Kegelscheibenpaares und damit das Übersetzungsverhältnis des gesamten Getriebes zu variieren. The shaft provided for driving the mutually displaceable cone disks can be firmly connected to one of the cone disks, while the second cone disk can be displaced in the axial direction of the shaft in order to vary the effective radius of the pair of cone disks and thus the transmission ratio of the entire transmission.
Eine Verschwenkung des Getriebeelementes ist gemäß einer Fortbildung der Erfindung um weniger als eine volle Umdrehung vorgesehen. Beispielsweise ist das Ge- triebeelement um einen Winkel von mindestens 60° und nicht mehr als 150° ver- schwenkbar. According to a development of the invention, the gear element is pivoted by less than a full revolution. For example, the Drive element can be pivoted through an angle of at least 60° and not more than 150°.
Unabhängig von den geometrischen Relationen zwischen verschiedenen Verzahnungselementen der beiden Getriebestufen kann zur Detektion der Einstellung des drehbaren, beiden Getriebestufen zuzurechnenden Getriebeelements ein Winkelsensor vorhanden sein. Mit dessen Hilfe ist der Abstand zwischen den beiden angetriebenen Kegelscheiben und damit das Übersetzungsverhältnis des stufenlos schaltbaren Getriebes erfassbar. Regardless of the geometric relationships between different toothing elements of the two gear stages, an angle sensor can be present to detect the setting of the rotatable gear element that can be assigned to both gear stages. With its help, the distance between the two driven conical pulleys and thus the gear ratio of the continuously variable transmission can be determined.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1 Komponenten eines stufenlosen Getriebes für ein Zweirad in Explosionsdarstellung; Fig. 1 components of a continuously variable transmission for a two-wheeler in an exploded view;
Fig. 2 einen Variator des stufenlosen Getriebes in perspektivischer Ansicht;Fig. 2 shows a variator of the continuously variable transmission in a perspective view;
Fig. 3 den Variator und weitere Komponenten des stufenlosen Getriebes in teilweise geschnittener Ansicht; 3 shows the variator and other components of the continuously variable transmission in a partially sectioned view;
Fig. 4 bis 6 eine erste, für niedrige Geschwindigkeiten ausgelegte Variatoreinstellung in verschiedenen Darstellungen; 4 to 6 show a first variator setting designed for low speeds in various representations;
Fig. 7 bis 9 eine zweite, für hohe Geschwindigkeiten ausgelegte Variatoreinstellung in Darstellungen analog Figur 4 bis 6; 7 to 9 show a second variator setting designed for high speeds in representations analogous to FIGS. 4 to 6;
Fig. 10 und 11 das stufenlose Getriebe in der Einstellung nach den Figuren 4 bis 6 in perspektivischen Ansichten; 10 and 11 show the continuously variable transmission in the setting according to FIGS. 4 to 6 in perspective views;
Fig. 12 und 13das Getriebe in Einstellung nach den Figuren 7 bis 9 in Ansichten analog Figur 10 und 11 . Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes stufenloses Getriebe ist für die Verwendung in einem motorisierten Zweirad, insbesondere einem Motorroller, vorgesehen. Das Zweirad ist verbrennungsmotorisch angetrieben. Alternativ kann das Zweirad einen Hybridantrieb, das heißt eine Kombination aus verbrennungsmotorischem und elektromotorischem Antrieb, aufweisen. Hinsichtlich des prinzipiellen Aufbaus und der Funktion des allgemein auch als CVT-Getriebe bezeichneten stufenlosen Getriebes 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen. 12 and 13 show the gearbox in the setting according to FIGS. 7 to 9 in views analogous to FIGS. 10 and 11. A continuously variable transmission, marked overall with the reference number 1, is intended for use in a motorized two-wheeler, in particular a motor scooter. The two-wheeler is powered by an internal combustion engine. Alternatively, the two-wheeler can have a hybrid drive, that is, a combination of combustion engine and electric motor drive. With regard to the basic structure and function of the continuously variable transmission 1, which is also generally referred to as a CVT transmission, reference is made to the prior art cited at the beginning.
Zur Variation des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes 1 weist dieses einen Variator 2 auf, welcher ein vorderes, aktiv verstellbares Kegelscheibenpaar 3 umfasst. Zwischen den mit 4, 5 bezeichneten Kegelscheiben des Kegelscheibenpaars 3 läuft ein Riemen als Zugmittel 8. Die außen, im vorliegenden Fall an der linken Fahrzeugseite angeordnete Kegelscheibe 5 ist mit einer Außenverzahnung 7 versehen. Ferner sind an der Kegelscheibe 5 Rippen 6 angebracht. Die gemeinsame Mittelachse der Kegelscheiben 4, 5, das heißt des vorderen Kegelscheibenpaars 3, ist mit MA bezeichnet und in Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet. To vary the transmission ratio of the transmission 1, it has a variator 2, which includes a front, actively adjustable pair of conical disks 3. A belt as a traction means 8 runs between the conical pulleys 4, 5 of the conical pulley pair 3. The conical pulley 5, which is arranged on the outside, in the present case on the left side of the vehicle, is provided with external teeth 7. Furthermore, 5 ribs 6 are attached to the conical disk. The common central axis of the conical pulleys 4, 5, that is to say the front pair of conical pulleys 3, is designated MA and is aligned in the transverse direction of the vehicle.
Zusätzlich zum vorderen Kegelscheibenpaar 3 existiert ein hinteres, auf Höhe des Hinterrades angeordnetes Kegelscheibenpaar 9, welches lediglich passiv verstellbar ist und sich damit der Einstellung des vorderen Kegelscheibenpaars 3 anpasst. Das hintere Kegelscheibenpaar 9 ist aus zwei Kegelscheiben 10, 11 gebildet, wobei sich auf der Seite der äußeren Kegelscheibe 11 , das heißt im vorliegenden Fall auf der linken Fahrzeugseite, ein Gehäuse 12 befindet, in welchem eine nicht näher dargestellte Anpressmechanik 13 angeordnet ist, die für die gewünschte Axialkraft zwischen den Kegelscheiben 10, 11 sorgt. Der Variator 2 stellt in jedem Betriebszustand des Getriebes 1 zusammen mit der Anpressmechanik 13 sicher, dass der Riemen 8 mit der erforderlichen Spannung um die beiden Kegelscheibenpaare 3, 9 läuft. In addition to the front pair of conical disks 3, there is a rear pair of conical disks 9 arranged at the level of the rear wheel, which is only passively adjustable and thus adapts to the setting of the front pair of conical disks 3. The rear pair of conical discs 9 is formed from two conical discs 10, 11, with a housing 12 located on the side of the outer conical disc 11, i.e. in the present case on the left side of the vehicle, in which a pressing mechanism 13, not shown, is arranged ensures the desired axial force between the conical disks 10, 11. The variator 2, together with the pressing mechanism 13, ensures in every operating state of the transmission 1 that the belt 8 runs around the two pairs of conical pulleys 3, 9 with the required tension.
Dem Variator 2 ist ein elektromechanischer Aktuator 14 zur Verstellung des Kegelscheibenpaars 3 und damit zur Einstellung eines wirksamen Radius der Kegelscheiben 4, 5 zuzurechnen. Teil des Aktuators 14 ist ein Elektromotor 15, dessen Längs- achse im vorliegenden Fall in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet ist. Durch den Elektromotor 15 wird eine zweistufige, insgesamt mit 16 bezeichnete Getriebeanordnung betätigt. The variator 2 includes an electromechanical actuator 14 for adjusting the pair of conical disks 3 and thus for setting an effective radius of the conical disks 4, 5. Part of the actuator 14 is an electric motor 15, the longitudinal In the present case, the axis is aligned in the longitudinal direction of the vehicle. A two-stage gear arrangement, designated overall by 16, is actuated by the electric motor 15.
Die erste Getriebestufe liegt als Schneckengetriebe 17 vor. Als Eingangselement des Schneckengetriebes 17 existiert eine Gewindespindel 18, welche mit der Motorwelle des Elektromotors 15 drehfest verbunden ist. Das Ausgangselement des Schneckengetriebes 17 liegt in Form eines Zahnradsegments 19 vor. Das Zahnradsegment 19 ist Teil eines um eine Schwenkachse SW schwenkbaren, insgesamt mit 20 bezeichneten Getriebeelementes, welches zugleich das Eingangselement eines Zahnstangengetriebes 30 darstellt. Die Schwenkachse SW ist im vorliegenden Fall vertikal ausgerichtet, wobei zwischen den beiden Extremeinstellungen des stufenlosen Getriebes 1 eine Verdrehung des Getriebeelementes 20 um nicht mehr als 90° vorgesehen ist. Die Winkelstellung des Getriebeelementes 20 ist mit Hilfe eines Winkelsensors 23, welcher sich am oberen Ende des Getriebeelements 20 befindet, detektierbar. The first gear stage is in the form of a worm gear 17. As an input element of the worm gear 17 there is a threaded spindle 18, which is connected in a rotationally fixed manner to the motor shaft of the electric motor 15. The output element of the worm gear 17 is in the form of a gear segment 19. The gear segment 19 is part of a gear element that can be pivoted about a pivot axis SW and is designated overall by 20, which also represents the input element of a rack and pinion gear 30. In the present case, the pivot axis SW is aligned vertically, with rotation of the transmission element 20 by no more than 90 ° being provided between the two extreme settings of the continuously variable transmission 1. The angular position of the gear element 20 can be detected with the aid of an angle sensor 23, which is located at the upper end of the gear element 20.
Das schwenkbare Getriebeelement 20 umfasst weiterhin eine Welle 21 sowie ein im unteren Bereich der Welle 21 angeordnetes Zahnrad 22. Sämtliche Teile 19, 21 , 22 des Getriebeelementes 20 sind fest miteinander verbunden. Eine Lagerung des Getriebeelementes 20 ist der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Die Schwenkrichtung des Getriebeelementes 20 ist mit SR angegeben. The pivotable gear element 20 further comprises a shaft 21 and a gear 22 arranged in the lower region of the shaft 21. All parts 19, 21, 22 of the gear element 20 are firmly connected to one another. A storage of the gear element 20 is not shown for the sake of clarity. The pivoting direction of the gear element 20 is indicated by SR.
Das Zahnrad 22 kämmt mit der Verzahnung einer hülsenförmigen, horizontal verschiebbaren Zahnstange 24. Die zur Mittelachse MA parallele Verschieberichtung der Zahnstange 24 ist mit VR angegeben. Die Zahnstange 24 umgibt eine zur Mittelachse MA konzentrische, verbrennungsmotorisch angetriebene Welle 31 . Ein an der dem Kegelscheibenpaar 3 abgewandten Stirnseite der Zahnstange 24 angeordneter Anschlussflansch ist mit 25 bezeichnet. Radial zwischen der Welle 31 und der Zahnstange 24 ist eine Hülse 26 angeordnet, welche Verzahnungen 27, 28 zur drehfesten Kopplung mit der ebenfalls hülsenförmigen Zahnstange 24 aufweist. Mit Hilfe einer Lageranordnung 29 kann die Linearbewegung der Zahnstange 24 auf die über die Welle 31 angetriebene Kegelscheibe 4 übertragen werden. Im Unterschied zur Kegelscheibe 4 ist die Kegelscheibe 5 starr mit der Welle 31 verbunden. The gear 22 meshes with the teeth of a sleeve-shaped, horizontally displaceable rack 24. The direction of displacement of the rack 24, which is parallel to the central axis MA, is indicated by VR. The rack 24 surrounds a shaft 31 which is driven by an internal combustion engine and is concentric with the central axis MA. A connecting flange arranged on the end face of the rack 24 facing away from the pair of conical disks 3 is designated 25. A sleeve 26 is arranged radially between the shaft 31 and the rack 24 and has teeth 27, 28 for rotationally fixed coupling to the rack 24, which is also sleeve-shaped. With the help of a bearing arrangement 29, the linear movement of the rack 24 can be transmitted to the conical pulley 4 driven via the shaft 31. In contrast to the conical disk 4, the conical disk 5 is rigidly connected to the shaft 31.
In der Einstellung nach den Figuren 2 bis 6 sowie 10 und 11 ist das Getriebe 1 auf die kürzest mögliche Übersetzung eingestellt. Dies bedeutet, dass der Motorroller mit geringer Geschwindigkeit fährt und zugleich ein hohes Drehmoment auf das Hinterrad einwirkt. Der andere Extremfall, das heißt die längste mögliche Übersetzung, ist in den Figuren 7 bis 9 sowie 12 und 13 veranschaulicht. In diesem Fall wird eine höhere Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht, wobei das Drehmoment, mit welchem das Hinterrad angetrieben wird, vergleichsweise gering ist. In the setting according to Figures 2 to 6 and 10 and 11, the transmission 1 is set to the shortest possible gear ratio. This means that the scooter travels at low speed and at the same time a high torque is applied to the rear wheel. The other extreme case, i.e. the longest possible translation, is illustrated in Figures 7 to 9 and 12 and 13. In this case, a higher vehicle speed is achieved, although the torque with which the rear wheel is driven is comparatively low.
Die Steuerung des Variators 2 verarbeitet insbesondere vom Winkelsensor 23 gelieferte Signale. Die Winkelstellung des Zahnradsegments 19 ist eindeutig korreliert mit dem Abstand zwischen den Kegelscheiben 4, 5 und damit auch mit dem eingestellten Übersetzungsverhältnis des Getriebes 1. Zusätzlich kann sich am Hinterrad des Motorrollers, beispielsweise im Gehäuse 12, ein Sensor befinden, welcher die Drehzahl des Hinterrads erfasst und ebenfalls mit der Ansteuerung des Variators 2 verknüpft ist. Weiterhin existieren Verknüpfungen zwischen der Ansteuerung des Variators 2 und verschiedenen Sensoren, die die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors sowie die Drosselklappenstellung des Verbrennungsmotors erfassen. Dies ermöglicht insgesamt eine feine, der Fahrsituation angepasste Einstellung des Übersetzungsverhältnisses des stufenlosen Getriebes 1. Bezugszeichenliste stufenloses Getriebe The control of the variator 2 processes signals supplied in particular by the angle sensor 23. The angular position of the gear segment 19 is clearly correlated with the distance between the conical pulleys 4, 5 and thus also with the set gear ratio of the transmission 1. In addition, there can be a sensor on the rear wheel of the scooter, for example in the housing 12, which determines the speed of the rear wheel recorded and also linked to the control of the variator 2. Furthermore, there are links between the control of the variator 2 and various sensors that record the engine speed of the internal combustion engine and the throttle valve position of the internal combustion engine. Overall, this enables a fine adjustment of the gear ratio of the continuously variable transmission 1, adapted to the driving situation. Reference number list for continuously variable transmission
Variator vorderes, aktiv verstellbares KegelscheibenpaarVariator front, actively adjustable pair of conical pulleys
Kegelscheibe cone washer
Kegelscheibe cone washer
Rippe rib
Außenverzahnung External gearing
Zugmittel, Riemen hinteres, passiv verstellbares KegelscheibenpaarTraction device, rear belt, passively adjustable pair of conical pulleys
Kegelscheibe cone washer
Kegelscheibe cone washer
Gehäuse Housing
Anpressmechanik Press mechanism
Aktuator actuator
Elektromotor Electric motor
Getriebeanordnung Gear arrangement
Schneckengetriebe, erste GetriebestufeWorm gear, first gear stage
Gewindespindel threaded spindle
Zahnradsegment Gear segment
Getriebeelement, schwenkbar Gear element, pivotable
Welle Wave
Zahnrad gear
Winkelsensor Angle sensor
Zahnstange Rack
Anschlussflansch Connection flange
Hülse sleeve
Verzahnung gearing
Verzahnung gearing
Lageranordnung Storage arrangement
Zahnstangengetriebe, zweite Getriebestufe 31 Welle Rack and pinion gear, second gear stage 31 wave
MA Mittelachse MA central axis
SR SchwenkrichtungSR panning direction
SW SchwenkachseSW swivel axis
VR Verschieberichtung VR shift direction

Claims

Patentansprüche CVT-Getriebe (1 ) für ein motorisiertes Zweirad, umfassend einen Variator (2) mit zwei gegeneinander verschiebbaren sowie über einen elektromechanischen Aktuator (14) verstellbaren Kegelscheiben (4, 5), welcher Aktuator (14) eine zweistufige, durch einen Elektromotor (15) betätigte Getriebeanordnung (16) umfasst, deren erste Stufe als Schneckengetriebe (17) und deren zweite Stufe als Zahnstangengetriebe (30) ausgebildet ist, wobei eine Gewindespindel (18) des Schneckengetriebes (17) mit einer Motorwelle des Elektromotors (15) drehfest verbunden ist, wobei ein das Schneckengetriebe (17) mit dem Zahnstangengetriebe (30) verbindendes, um eine Schwenkachse (SW) drehbares Getriebeelement (20) vorgesehen ist, umfassend eine Welle (21 ), die ausgangs des Schneckengetriebes (17) ein mit dessen Gewindespindel (18) kämmendes Zahnradsegment (19) und eingangs des Zahnstangengetriebes (30) ein Zahnrad (22) hat, wobei das Zahnstangengetriebe (30) eine hülsenförmige, mit dem Zahnrad (22) kämmende Zahnstange (24) umfasst, welche eine zum Antrieb der gegeneinander verschiebbaren Kegelscheiben (4, 5) vorgesehene Welle (31 ) umgibt, wobei eine Hülse (26) vorgesehen ist, die radial zwischen der Welle (31 ) und der Zahnstange (24) angeordnet und mittels Verzahnungen (27, 28) drehfest mit der Zahnstange (24) gekoppelt ist und wobei zur Drehentkopplung zwischen der Zahnstange (24) einerseits und der Welle (31 ) sowie den Kegelscheiben (4, 5) andererseits eine axial zwischen der Zahnstange (24) und den Kegelscheiben (4, 5) angeordnete Lageranordnung (29) vorgesehen ist. CVT-Getriebe (1 ) nach Anspruch 1 , wobei das Zahnradsegment (19) des Getriebeelements (20) um einen Winkel von mindestens 60° bis maximal 150° um die Schwenkachse (SW) verdrehbar ist. CVT-Getriebe (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Winkelsensor (23) zur Detektion der Einstellung des Getriebeelements (20) vorgesehen ist. Claims CVT transmission (1) for a motorized two-wheeler, comprising a variator (2) with two conical pulleys (4, 5) which can be displaced relative to one another and which can be adjusted via an electromechanical actuator (14), which actuator (14) has a two-stage, driven by an electric motor ( 15) actuated gear arrangement (16), the first stage of which is designed as a worm gear (17) and the second stage of which is designed as a rack and pinion gear (30), a threaded spindle (18) of the worm gear (17) being connected in a rotationally fixed manner to a motor shaft of the electric motor (15). is, wherein a gear element (20) which connects the worm gear (17) to the rack gear (30) and is rotatable about a pivot axis (SW) is provided, comprising a shaft (21) which, at the output of the worm gear (17), has a threaded spindle ( 18) has a meshing gear segment (19) and a gear (22) at the entrance of the rack gear (30), the rack gear (30) comprising a sleeve-shaped rack (24) which meshes with the gear (22) and which is used to drive the racks which can be moved relative to one another Conical disks (4, 5) surround the shaft (31), a sleeve (26) being provided which is arranged radially between the shaft (31) and the rack (24) and is rotationally fixed to the rack (27) by means of toothing (27, 28). 24) is coupled and for rotational decoupling between the rack (24) on the one hand and the shaft (31) and the conical disks (4, 5) on the other hand, there is a bearing arrangement (29) arranged axially between the rack (24) and the conical disks (4, 5). ) is provided. CVT transmission (1) according to claim 1, wherein the gear segment (19) of the transmission element (20) can be rotated through an angle of at least 60 ° to a maximum of 150 ° about the pivot axis (SW). CVT transmission (1) according to claim 1 or 2, wherein an angle sensor (23) is provided for detecting the setting of the transmission element (20).
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