DE102011016991A1

DE102011016991A1 - Verstelleinrichtung für die Übersetzungsverstellung eines stufenlos verstellbaren Getriebes, insbesondere eines Kurbel-CVT-Getriebes

Info

Publication number: DE102011016991A1
Application number: DE201110016991
Authority: DE
Inventors: Lars Schumann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-04-29
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2011-11-03

Abstract

Verstelleinrichtung für die Übersetzung eines stufenlos einstellbaren Getriebes, insbesondere eines Kurbel-CVT-Getriebes, welches eine Antriebswelle aufweist, die über eine Verbindungseinrichtung mit der Abtriebswelle einer einen Freilaufaußenring aufweisenden Freilaufeinheit in Verbindung steht, wobei erfindungsgemäß ein Hauptpleuel mit der Antriebswelle und dem Freilaufaußenring in Wirkverbindung steht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung für die Übersetzungsverstellung eines stufenlos verstellbaren Getriebes, insbesondere eines Kurbel-CVT-Getriebes nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs, die über eine Verbindungseinrichtung mit einer entsprechenden Freilaufeinheit in Verbindung steht.
Üblicherweise wird zur Verstellung der Übersetzung, der Radius der Antriebswelle mittels eines Exzentermechanismus verstellt.
Derartige Verstellmechanismen sind beispielsweise aus den Druckschriften DE 10 2009 031 801 A1 , DE 10 2009 030 981 A1 und DE102009013996A1 bekannt.
In DE 10 2009 031 801 A1 weist die Verstelleinrichtung eine in einem Getriebegehäuse gelagerte Antriebswelle mit Exzentereinheiten auf, die jeweils über eine Verbindungseinrichtung mit einer entsprechenden Freilaufeinheit in Verbindung stehen. Die Exzentereinheiten weisen jeweils einen Verstellmechanismus zum radialen Verstellen eines Exzenterscheibenteils in Bezug auf die Rotationsachse der Antriebswelle auf, wobei die Verbindungseinrichtung auf dem Exzenterscheibenteil drehbar gelagert ist. Die Verstellung des Hubs des Exzenterscheibenteils erfolgt hydraulisch.
Bei DE 10 2009 030 981 A1 erfolgt die Verstellung der Exzentrizität der Drehachse eines Exzenterbauteils gegenüber der Drehachse der Kurbelwelle eines Kurbel-CVT-Getriebes durch eine Kurbelwelle mit mindestens einem Führungsbereich für ein Exzenterbauteil und eine in die Kurbelwelle eingesetzte Verstellwelle, durch deren Drehung die Exzentrizität des Exzenterbauteils veränderbar ist. Zwischen der Verstellwelle und der Kurbelwelle ist ein Anschlag vorgesehen, der den Relativverstellwinkel zwischen Verstellwelle und Kurbelwelle mechanisch begrenzt. Weiterhin ist eine Sensoreinrichtung vorgesehen, die erfasst, wenn ein Verstellwinkel zwischen Kurbelwelle und Verstellwelle einem vorgegebenen Relativverstellwinkel entspricht.
In der DE102009013996A1 wird eine Einrichtung zur Verstellung der Exzentrizität der Drehachse eines Exzenterbauteils gegenüber der Drehachse einer Kurbelwelle eines Kurbel-CVT-Getriebes beschrieben, wobei die Kurbelwelle einen Führungsbereich für ein Exzenterbauteil, dessen Außenumfang zum Aufpassen von einem Wälzlager angepasst ist, und eine Schnecke aufweist, die in einen Hohlraum der Kurbelwelle eingesetzt ist. Dem Führungsbereich ist eine Verstelleinheit zur Verschiebung des Excenterbauteils in einer Richtung senkrecht zur Axialrichtung der Kurbelwelle durch Drehen der Schnecke vorgesehen.
Die vorgenannten Lösungen weisen einen komplizierten konstruktiven Ausbau des Verstellmechanismus auf und basieren auf einem variablen Antriebsradius und einem konstanten Abtriebsradius. Dabei ist die tangentiale Kraft, welche maßgeblich für die Pleuelkraft ist, proportional zum Freilaufmoment. In Anfahrübersetzung treten aufgrund der kurzen Übersetzung hohe Momente und demzufolge hohe Pleuelkräfte auf. Diese verursachen große Reaktionskräfte in den Lagerstellen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die genannten Nachteile zu vermeiden und somit eine Verstelleinrichtung für die Übersetzungsverstellung eines stufenlos verstellbaren Getriebes, insbesondere eines Kurbel-CVT-Getriebes zu schaffen, welche bei einer Vereinfachung des Verstellmechanismus eine Reduzierung der Pleuelkräfte und der Einzelfreilaufmomente durch eine bessere Überlagerung, d. h. eine Verlängerung der Eingriffsdauer des Freilaufs, gewährleistet.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Verstelleinrichtung für die Übersetzung eines stufenlos einstellbaren Getriebes, insbesondere eines Kurbel-CVT-Getriebes weist eine Antriebswelle auf, die über eine Verbindungseinrichtung mit der Abtriebswelle einer einen Freilaufaußenring aufweisenden Freilaufeinheit in Verbindung steht, wobei erfindungsgemäß die Antriebswelle ein Schwenkpleuel antreibt, ein Abtriebspleuel mit dem Freilaufaußenring der Freilaufeinrichtung gekoppelt ist und eine Verbindungseinrichtung in Form eines Hauptpleuels mit dem Schwenkpleuel und mit dem Abtriebspleuel in Wirkverbindung steht.
Die Übersetzung ist dabei durch eine Parallelverschiebung zwischen Schwenkpleuel und Abtriebspleuel mittels des Hauptpleuels einstellbar.
Bevorzugt erfolgt der Antrieb des Schwenkpleuels durch eine Kurbelwelle, wobei die Parallelverschiebung des Hauptpleuels relativ zu einer gedachten Ebene durch Kurbelwelle und Abtriebswelle erfolgt.
Die Lagerung des Hauptpleuels erfolgt vorteilhafter Weise an seinem ersten Ende in einer ersten Führung des Schwenkpleuels und an seinem zweiten Ende in einer zweiten Führung des Abtriebspleuels, wobei die erste und zweite Führung insbesondere kulissenartig ausgebildet sind.
Das Schwenkpleuel wird bevorzugt bei konstantem Antriebsradius der Eingangswelle mittels einer Kulisse oder einer Kurbeleinrichtung in Schwenkbewegung versetzt, so dass das Schwenkpleuel um einen konstanten Winkel ausgelenkt wird.
Dabei ist das Hauptpleuel in einem Abstand/einer Stellgröße zur gedachten Ebene durch Kurbelwelle und Abtriebswelle verstellbar.
Die GearedNeutral-Stellung ist bei einer maximalen Stellgröße, die dem maximalen Abstand der Lagerstelle des Hauptpleuels zur gedachten Ebene entspricht, vorhanden, wobei sich ein Hub von Null in Richtung des Hauptpleuels einstellt und der Schwenkwinkel des Freilaufaußenrings ebenfalls Null ist.
Ausgehend von der GearedNeutral-Stellung vergrößern sich bei Verschiebung des Hauptpleuels in Richtung zur gedachten Ebene der Hub des Hauptpleuels und der Schwenkwinkel des Freilaufaußenrings.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine einfache Möglichkeit geschaffen, um die Übersetzung eines stufenlos verstellbaren Getriebes, insbesondere eines Kurbel-CVT-Getriebes, zu verstellen. Es ist gewährleistet, dass der Freilauf auch bei hohen Abtriebszahlen noch Moment aufbauen kann.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Prinzipskizze der Übersetzungsverstellung mit konstantem Antriebsradius und variablem Abtriebsradius,
2 eine Prinzipskizze in der GearedNeutral-Stellung,
3 eine Prinzipskizze in der Under-Drive-Stellung,
4 eine Prinzipskizze in der Over-Drive-Stellung,
5 Darstellung des Diagramms der Übersetzungsfunktion.
Die Verstelleinrichtung für die Übersetzung eines stufenlos einstellbaren Getriebes in Form eines Kurbel-CVT-Getriebes weist gemäß der 1 bis 5 eine Antriebswelle 1 in Form einer Kurbelwelle mit einem Antriebsradius r1 auf. Durch die Antriebswelle 1 wird ein Schwenkpleuel 2, welches um eine Schwenkachse 2.1 schwenkbar gelagert ist, um einen Schwenkwinkel α zwischen einer minimalen Auslenkposition αmin und einer maximalen Auslenkposition αmax geschwenkt. Das Schwenkpleuel 2 weist eine erste kulissenartige Führung 2.2 auf, in die ein erstes Ende 3.1 eines Hauptpleuels 3 eingreift und damit um einen veränderbaren Radius r2 zur Schwenkachse 2.1 beabstandet ist. Mit seinem zweiten Ende 3.2 steht das Hauptpleuel 3 mit einem Abtriebspleuel 4 in Wirkverbindung, welches mit dem Freilaufaußenring 5 des Fraulaufes F verbunden ist. Der Freilauf F weist nicht dargestellte Klemmelemente und eine Abtriebswelle 6 auf. Das Abtriebspleuel 4 ist um die Abtriebsachse 6.1 der Abtriebswelle 6, um einen Schwenkwinkel β zwischen einer minimalen Auslenkposition βmin und einer maximalen Auslenkposition βmax schwenkbar und weist ebenfalls eine zweite kulissenartige Führung 4.2 auf, in welcher das zweite Ende 3.2 des Hauptpleuels 3 verschiebbar gelagert ist. Das zweite Ende 3.2 des Hauptpleuels 3 ist in einem veränderbarem Radius R4 von der Antriebsachse 6.1, die der Schwenkachse des Abtriebspleuels 4 entspricht, beabstandet. Die kulissenartigen Führungen 2.2, 4.2 sind als Linearführungen (vorzugsweise Wälzlagerung) ausgebildet, so dass sich das Hauptpleuel 3 nur parallel zur Ebene A bewegen kann. Die Führungen 2.2, 4.2 sind in der Stellgröße h zur Ebene A verstellbar und stellen die Verstelleinheit dar.
Bei einer Schwenkbewegung des Schwenkpleuels 2 erfolgt eine Parallelverschiebung des Hauptpleuels 3 zu einer gedachten Ebene A durch die Antriebsachse 1.1 der Kurbelwelle 1 und die Abtriebsachse 6.1 der Abtriebswelle 6 mit einer ersten Stellgröße h, die dem Abstand des Hauptpleuels 3 zur Ebene A entspricht. Die Differenz des Abstandes h bis zur äußersten Stellposition des Hauptpleuels 3 ist eine zweite Stellgröße h*.
Mit der Verstelleinrichtung ist das Übersetzungsverhältnis des CVT-Getriebes zwischen GearedNeutral (h* = 0), UnderDrive und OverDrive verstellbar.
Während der Schwenkbewegung verändern sich r2 und r4, da das Hauptpleuel für einen stationären Betriebspunkt auf einer konstanten Stellgröße/Höhe h geführt wird. Dabei wird im UnderDrive der Radius r2 kleiner und der Abtriebsradius r4 größer, wodurch kleinere Hauptpleuelkräfte als bei bisherigen Lösungen mit einem konstantem Abtriebsradius zu verzeichnen sind.
Das Hauptpleuel 3 vollführt in seiner Längsrichtung als Funktion der Stellgröße h eine Hubbewegung a, durch welche das Abtriebspleuel 4 um den gleichen Betrag wie das Schwenkpleuel 2 parallel zur Ebene A bewegt wird.
Wird das Hauptpleuel 3 in Richtung Ebene A verschoben, vergrößert sich der Hub a und somit der Schwenkwinkel β des Außenrings 5 des Freilaufes F. Somit ist gewährleistet, dass der Freilauf F auch bei hohen Abtriebsdrehzahlen n6 noch Moment aufbauen kann (Außenring muss Abtrieb 6 in Spannrichtung überholen).
2 zeigt die Prinzipskizze in der GearedNeutral-Stellung, bei welcher der Hub a = 0 und β = 0, h* = 0 sind und h sowie r4 seinen maximalen Wert einnehmen. Der Auslenkwinkel α des Schwenkpleuels 2 ist konstant.
Eine Prinzipskizze in der Under-Drive-Stellung bei einem Hub a wird in 3 dargestellt. Der Hub a und der Schwenkwinkel β des Abtriebspleuels 4 sind eine Funktion von der ersten Stellgröße h.
Die Over-Drive-Stellung bei einem maximalen Hub a und maximalen Schwenkwinkel β des Abtriebspleuels 4 wird in der Prinzipskizze gemäß 4 gezeigt. Dabei ist die erste Stellgröße h minimal und die zweite Stellgröße h* maximal.
5 zeigt die Darstellung des Diagramms der Übersetzungsfunktion der Drehzahl n1 des Antriebs 1 zu der Drehzahl n5 des Außenrings 5 des Freilaufes F. Aus dem schraffierten Bereich ist erkennbar, dass eine bessere Überlagerung, d. h. eine Verlängerung der Eingriffsdauer des Freilaufs F zu verzeichnen ist.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird somit eine konstante Schwenkbewegung des Schwenkpleuels 2 über das Hauptpleuel 3, welches nur parallele Bewegung zu einer gedachten Ebene A durch Antriebsachse 1.1 und Abtriebsachse 6.1 ausführen kann, in eine Schwenkbewegung des Freilaufaußenrings 5 umgewandelt, wobei das Hauptpleuel 3 in seinem Abstand zur Ebene A und somit auch der Hub a des Pleuels in paralleler Richtung zur Ebene A und der Abtriebsradius r4 des Freilaufaußenrings 5 variabel sind.
Bezugszeichenliste

1: Antriebswelle
1.1: Antriebsachse
2: Schwenkpleuel
2.1: Schwenkachse
2.2: erste kulissenartige Führung
3: Hauptpleuel
3.1: erstes Ende des Hauptpleuels
3.2: zweites Ende des Hauptpleuels
4: Abtriebspleuel
4.2: zweite kulissenartige Führung
5: Freilaufaußenring
6: Abtriebswelle
6.1: Abtriebsachse
H: Hub
A: Ebene
F: Freilauf
h: erste Stellgröße
h*: zweite Stellgröße
n1: Drehzahl der Antriebswelle 1
n5: Drehzahl des Freilaufaußenrings 5
n6: Antriebsradius
r2: Radius des ersten Endes 3.1 des Hauptpleuels 3 zur Schwenkachse 2.1
r4: Radius des zweiten Endes 3.2 des Hauptpleuels 3 zur Abtriebsachse 6.1
α: Auslenkwinkel des Schwenkpleuels
αmin: minimalen Auslenkposition des Schwenkpleuels
αmax: maximalen Auslenkposition des Schwenkpleuels
β: Schwenkwinkel des Abtriebspleuels
βmin: minimale Auslenkposition des Abtriebspleuels
βmax: maximale Auslenkposition des Abtriebspleuels

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009031801 A1 [0003, 0004]
DE 102009030981 A1 [0003, 0005]
DE 102009013996 A1 [0003, 0006]

Claims

Verstelleinrichtung für die Übersetzung eines stufenlos einstellbaren Getriebes, insbesondere eines Kurbel-CVT-Getriebes, mit einer Antriebswelle (1), die über eine Verbindungseinrichtung mit der Abtriebswelle (6) eines einen Freilaufaußenring (5) aufweisenden Freilaufes (F) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hauptpleuel (3) mit der Antriebswelle (1) und dem Freilaufaußenring (5) in Wirkverbindung steht.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass die Antriebswelle (1) ein Schwenkpleuel (2) antreibt, – dass ein Abtriebspleuel (4) mit dem Freilaufaußenring (5) des Freilaufes (F) gekoppelt ist und – dass das Hauptpleuel (3) über das Schwenkpleuel (2) mit der Antriebswelle (1) und über das Abtriebspleuel (4) mit dem Freilaufaußenring (5) in Wirkverbindung steht, wobei die Übersetzung durch Parallelverschiebung zwischen Schwenkpleuel (2) und Abtriebspleuel (4) einstellbar ist.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenkpleuel (2) durch eine Antriebswelle in Form einer Kurbelwelle antreibbar ist und dass die Parallelverschiebung des Hauptpleuels (3) zu einer gedachten Ebene (A) durch die Antriebsachse (1.1) der Antriebswelle (1)/Kurbelwelle und die Abtriebsachse (6.1) der Abtriebswelle (6) erfolgt.
Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptpleuel (3) an einem ersten Ende (3.1) in einer ersten Führung (2.2) des Schwenkpleuels (2) und an einem zweiten Ende (3.2) in einer zweiten Führung (4.2) des Abtriebspleuels (4) geführt wird.
Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Führung (2.2, 4.2) kulissenartig ausgebildet sind.
Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenkpleuel (2) bei konstantem Antriebsradius (r1) der Antriebswelle (1) mittels einer Kulisse oder einer Kurbeleinrichtung in Schwenkbewegung versetzbar ist.
Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenkpleuel (2) um einen konstanten Winkel (α) ausgelenkt wird.
Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptpleuel (3) in einem Abstand/ersten Stellgröße (h) zur Ebene (A) verstellbar ist.
Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine GearedNeutral-Stellung bei einer maximalen ersten Stellgröße (h), die dem maximalen Abstand der Lagerstelle des Hauptpleuels (3) zur Ebene (A) entspricht, vorhanden ist, wobei sich ein Hub (a) = Null in Richtung des Hauptpleuels (3) einstellt.
Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich, ausgehend von der GearedNeutral-Stellung, bei Verschiebung des Hauptpleuels (3) in Richtung zur Ebene (A), der Hub (a) des Hauptpleuels (3) und der Schwenkwinkel (β) des Freilaufaußenrings (5) vergrößern.