DE102014224946A1

DE102014224946A1 - Umschlingungsgetriebe für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102014224946A1
Application number: DE102014224946.5A
Authority: DE
Inventors: Fumitoshi Ishino
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2016-06-09
Anticipated expiration: 2034-12-06
Also published as: DE102014224946B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Umschlingungsgetriebe für ein Kraftfahrzeug, welches zumindest die folgenden Komponenten aufweist: – ein erstes Kegelscheibenpaar auf einer ersten Getriebewelle, wobei das erste Kegelscheibenpaar eine erste Steuerscheibe und eine erste Gegenscheibe umfasst, wobei die erste Steuerscheibe axial bewegbar ist; – ein zweites Kegelscheibenpaar auf einer zweiten Getriebewelle, wobei das zweite Kegelscheibenpaar eine zweite Steuerscheibe und eine zweite Gegenscheibe umfasst, wobei die zweite Steuerscheibe axial bewegbar ist; und – ein Umschlingungsmittel, über welches das erste Kegelscheibenpaar und das zweite Kegelscheibenpaar drehmomentübertragend verbindbar sind. Das Umschlingungsmittelgetriebe kennzeichnet sich vor allem dadurch, dass zumindest die erste Gegenscheibe aus einer Null-Betriebslage heraus hin zu einer Übersetzungsbetriebslage axial bewegbar ist, um einen Spurversatz des Umschlingungsmittels zu reduzieren. Mit dem hier vorgeschlagenen Umschlingungsgetriebe wird die Effizienz und die Langlebigkeit verbessert und zugleich die Kontaktstabilität erhöht. Darüber hinaus sind die Laufbedingungen verbessert und die Geräuschemission reduziert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Umschlingungsgetriebe für ein Kraftfahrzeug, ein Verfahren zum Reduzieren eines Spurversatzes beim Verändern einer Übersetzung an einem Umschlingungsmittelgetriebe, insbesondere für ein Umschlingungsgetriebe eines Kraftfahrzeugs.
Aus dem Stand der Technik sind Umschlingungsgetriebe bekannt, mit welchen (zumindest bereichsweise) eine stufenlose Veränderung der Übersetzung (beziehungsweise Untersetzung) möglich ist. Diese werden daher der Gruppe der stufenlosen Übersetzungsgetriebe zugeordnet, den CVT (Continuously Variable Transmission), oder teilweise auch wegen der Dominanz im Kraftfahrzeug-Bereich unter den CVTs ersatzweise als CVT bezeichnet. Die Erfindung betrifft Umschlingungsgetriebe, welche zwei Kegelscheibenpaare aufweisen. Jedes Kegelscheibenpaar umfasst jeweils zwei Kegelscheiben. Die Kegelscheiben sind jeweils mit ihrer Kegelfläche aufeinander zu ausgerichtet und entlang ihrer gemeinsamen Rotationsachse relativ zueinander verschiebbar, wobei eine Kegelscheibe, die Gegenscheibe, axial fixiert ist und die andere Kegelscheibe, die Steuerscheibe, axial verschiebbar ist. Über ein gemeinsames Umschlingungsmittel, zum Beispiel eine Übertragungskette, sind die beiden Kegelscheibenpaare drehmomentübertragend miteinander verbunden. Das Umschlingungsmittel wandert radial nach außen, wenn die Kegelscheiben eines Kegelscheibenpaars aufeinander zugeführt werden, und radial nach innen, wenn sich die Kegelscheibenpaare voneinander entfernen. Die Kegelscheibenpaare werden jeweils gegenläufig bewegt, sodass die Umlauflänge für das Umschlingungsmittel (nahezu) konstant bleibt und somit die Umschlingungsmittelspannung (nahezu) konstant gehalten wird. In der Regel ist also die Summe der Abstände zwischen dem ersten Kegelscheibenpaar und dem zweiten Kegelscheibenpaar (nahezu) konstant.
Relativ zu einem ersten Kegelscheibenpaar ist eine erste Getriebewelle, zum Beispiel die Getriebeeingangswelle, rotatorisch fixiert und relativ zu einem mittels des Umschlingungsmittels drehmomentübertragend verbundenen zweiten Kegelscheibenpaars ist eine zweite Getriebewelle, zum Beispiel eine Getriebeausgangswelle, rotatorisch fixiert. Je nach gewähltem Abstand der Kegelscheiben zueinander im Verhältnis zum gewählten Abstand des anderen Kegelscheibenpaars ist eine Übersetzung zwischen den Getriebewellen einstellbar. Ein solches Umschlingungsgetriebe ist beispielsweise aus der DE 100 17 005 A1 bekannt. In manchen Anwendungsgebieten wird das Umschlingungsgetriebe mit einem üblichen Schaltgetriebe mit festen Übersetzungsgängen kombiniert, sodass eine größere Übersetzungsspreizung mit einer vergleichsweise geringeren Anzahl von festen Übersetzungsgängen erreicht wird.
Infolge der stets gegenläufigen Änderungen des Abstands der beiden Kegelpaarungen, um die Kettenspannung konstant zu halten, tritt ein sogenannter Spurversatz auf. Das heißt, die Mitte der Auflage des Umschlingungsmittels befindet sich nicht auf einer (gemeinsamen) Umschlingungsmittelebene, welche (idealerweise) senkrecht zu den Rotationsachsen der Kegelscheibenpaare und Getriebewellen ausgerichtet ist. Das bedeutet, dass während eines Umlaufs das Umschlingungsmittel (mehrfach) eine Auslenkbewegung ausführt, welche quer zur Laufrichtung beziehungsweise quer zur kürzesten Verbindungslinie, nämlich dem Abstand, zwischen den Rotationsachsen der Kegelscheibenpaare ausgerichtet ist. Diese Bewegung führt zu Geräuschemissionen sowie zu Verschleiß an dem Umschlingungsmittel und den Oberflächen der Kegelscheiben.
Um den Spurversatz zu minimieren, ist es üblich, die Steuerscheibe der Kegelpaare jeweils gespiegelt anzuordnen. Hierdurch wird erreicht, dass der maximale Spurversatz betragsmäßig (nahezu) halbiert wird, in dem ein Anteil des Spurversatzes in einen negativen Bereich verschoben wird. Hierzu wird auf 1 und die zugehörige Beschreibung verwiesen. Aus der DE 102 09 513 A1 ist hierzu eine geometrische Anordnung bekannt, bei der der Spurversatz um null herum schwankt, sodass von einem Neuzustand zu einem (verschlissenen) Altzustand das Zentrum des Spurversatzes sich möglichst wenig von null entfernt.
Charakterisiert werden kann ein Umschlingungsgetriebe durch den Abstand zwischen parallelen Tangenten der Gegenscheiben oder durch den Abstand parallel zu den Rotationsachsen am mittleren Übertragungsdurchmesser der beiden Kegelscheibenpaare. Diese Abstände werden gemäß dem Stand der Technik optimiert. Dies wird beispielsweise in der JP 2011/112 112 A und der JP 2005/214 238 A dargestellt. Bei den vorbekannten Lösungen wird jedoch der Spurversatz jeweils nur minimiert und nicht vollständig ausgeglichen.
Hiervon ausgehend stellt sich die vorliegende Erfindung der Aufgabe, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausführungsformen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
Die Erfindung betrifft ein Umschlingungsgetriebe für ein Kraftfahrzeug, wobei das Umschlingungsmittelgetriebe zumindest die folgenden Komponenten aufweist:

– ein erstes Kegelscheibenpaar auf einer ersten Getriebewelle, wobei das erste Kegelscheibenpaar eine erste Steuerscheibe und eine erste Gegenscheibe umfasst, wobei die erste Steuerscheibe axial bewegbar ist;
– ein zweites Kegelscheibenpaar auf einer zweiten Getriebewelle, wobei das zweite Kegelscheibenpaar eine zweite Steuerscheibe und eine zweite Gegenscheibe umfasst, wobei die zweite Steuerscheibe axial bewegbar ist; und
– ein Umschlingungsmittel, über welches das erste Kegelscheibenpaar und das zweite Kegelscheibenpaar drehmomentübertragend verbindbar sind. Das Umschlingungsmittelgetriebe ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste Gegenscheibe aus einer Null-Betriebslage heraus hin zu einer Übersetzungsbetriebslage axial bewegbar ist, um einen Spurversatz des Umschlingungsmittels zu reduzieren.

Das hier beanspruchte Umschlingungsgetriebe ist maßgeblich derart eingerichtet, dass die Funktionen bekannter Umschlingungsgetriebe erfüllbar sind, wie sie oben beschrieben sind und aus zum Beispiel dem einbezogenen Stand der Technik bekannt sind. Hierzu sind das erste und zweite Kegelscheibenpaar vorgesehen, bei denen jeweils eine Steuerscheibe vorgesehen ist, mittels welcher die Übersetzung veränderlich ist, wobei die Kettenspannung (nahezu) konstant gehalten wird. Besonders bevorzugt wird die konventionelle Bauweise übernommen, bei welcher die Steuerscheiben jeweils zueinander gespiegelt bezogen auf eine Umschlingungsmittelebene angeordnet sind, wobei dies bei dem vorliegenden Umschlingungsgetriebe nicht unbedingt notwendig ist. Die Rotationsachsen der Kegelscheibenpaare sind normal auf der Umschlingungsmittelebene ausgerichtet. Hierbei können geringe technisch bedingte Abweichungen im Rahmen der jeweils gewählten Fertigungsgenauigkeit sowie aufgrund dynamischer Materialeigenschaften unter Belastung auftreten.
Das hier vorgeschlagene Umschlingungsmittel wird bevorzugt mittels Kraftschluss zwischen den jeweiligen Kegelscheiben der Kegelscheibenpaare eingeklemmt, sodass zum Beispiel bei einem Umschlingungsmittel in Ausführungsform mit Laschen und Bolzen die Triebkraft reibschlüssig beziehungsweise kraftschlüssig in Bolzenachsrichtung auf die Bolzen des Umschlingungsmittels übertragen wird. Eine solche Konfiguration eignet sich insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug, bei dem übliche Umdrehungsgeschwindigkeiten zwischen 800 U/min [Umdrehungen pro Minute] bis 8.000 U/min und zugleich Drehmomente im Bereich von 50 Nm [Newtonmeter] bis 1.000 Nm übertragen werden sollen. Für andere Zwecke und Anwendungen können auch andere Umschlingungsmittel eingesetzt werden.
Bei dem hier vorgeschlagenen Umschlingungsgetriebe ist die erste Gegenscheibe im Unterschied zum Stand der Technik nicht axial fixiert. Im Gegenteil ist die erste Gegenscheibe aus einer Null-Betriebslage heraus, welche bevorzugt von einem Anschlag gebildet wird, angepasst an den Übersetzungszustand der Kegelscheibenpaarungen axial verlagerbar, wobei die neue (jeweils angepasste) Position als Übersetzungsbetriebslage bezeichnet wird. Die Übersetzungsbetriebslage wird hierbei bevorzugt derart eingerichtet, dass die Umschlingungsmittelebene stets senkrecht zu den Getriebewellen ausgerichtet ist. Für viele Anwendungen ist es aber ausreichend, den Spurversatz nicht vollständig auszugleichen, sondern lediglich zu reduzieren, zum Beispiel auf 80 % [Prozent], bevorzugt 50 %, besonders bevorzugt 20 % eines konventionellen Spurversatzes bezogen auf die Auslegung des Umschlingungsgetriebes. Bei einer solchen, eventuell wirtschaftlich optimaleren, Ausführung zur Reduzierung des Spurversatzes werden beispielsweise Winkel zur idealen Umschlingungsmittelebene, welche senkrecht zu den Getriebewellen ausgerichtet ist, von unter 10 Winkelsekunden, bevorzugt unter 5 Winkelsekunden erreicht. Soll ein vollständiger Ausgleich des Spurversatzes erreicht werden, wird bevorzugt ein im regelungstechnisch sinnvollen Rahmen vom Ideal abweichender Spurversatzausgleich erreicht. In einem solchen Zwischenzustand ist bevorzugt der Winkel der Umschlingungsmittelebene zur idealen Ebene senkrecht zu den Getriebewellen unterhalb von 10 Winkelsekunden, bevorzugt unterhalb von 5 Winkelsekunden.
Die Länge der axialen Strecke, auf welcher die erste Gegenscheibe bewegbar ist, entspricht zumindest 20 %, bevorzugt 50 %, besonders bevorzugt 80 % des auftretenden Spurversatzes oder gar dem gesamten auftretenden Spurversatz, besonders bevorzugt plus ein axiales Spiel, um diesen Ausgleich beispielsweise anschlagsfrei ausführen zu können oder zumindest sicherzustellen, dass ein Ausgleich in dem vorgegebenen Maße bei angegebener Fertigungstoleranz ausführbar ist.
Die Null-Betriebslage ist eine axiale Position der ersten Gegenscheibe, bei welcher bezogen auf die Auslegung des Kegelscheibenpaars beziehungsweise des gesamten Umschlingungsgetriebes kein Spurversatzausgleich stattfinden muss, wie zum Beispiel in 1 dargestellt. Die Null-Betriebslage ist dabei beispielsweise eine Position an einem Anschlag oder in beziehungsweise nahe bei, das heißt links und/oder rechts, der Mitte der axialen Ausgleichsstrecke, aber auch beliebig wählbar. Ausgehend von der Erfindung betrachtet ist die Null-Betriebslage daher ein spezielle Übersetzungsbetriebslage, bei welcher auch bei einer axial fixierten Gegenscheibe des Stands der Technik kein Spurversatz auftritt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Umschlingungsgetriebes ist zumindest eines der folgenden Triebmittel zum Bewegen der ersten Gegenscheibe vorgesehen:

– zumindest ein axiales Hydrauliksystem;
– zumindest ein Schneckentrieb; und
– zumindest ein elektro-mechanischer Lineartrieb.

Besonders bevorzugt wird für die axiale Bewegbarkeit der ersten Gegenscheibe ein axiales Hydrauliksystem eingesetzt. Dieses ist insbesondere darum besonders wirtschaftlich, weil bei vielen Anwendungen für die axiale Bewegbarkeit der Steuerscheiben ebenfalls ein axiales Hydrauliksystem eingesetzt wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden damit keine zusätzlichen (hydraulischen) Aggregate benötigt. Bevorzugt ist die erste Gegenscheibe genauso oder ähnlich aufgebaut wie die zugehörige Steuerscheibe. Besonders bevorzugt befindet sich die erste Gegenscheibe bereits in der Null-Betriebslage von einem möglichen Anschlag beabstandet, sodass die erste Gegenscheibe schon in diesem Zustand uneingeschränkt funktionsfähig ist, weil der notwendige Stell-Druck aufgebaut ist, und außerdem keine Adhäsions-Effekte oder Squeeze-Film-Effekte auftreten. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass eine zusätzliche Kraftmessung nicht notwendig ist, mit welcher sichergestellt wird, dass die Kraft auf das Umschlingungsmittel ausreichend groß und auch nicht zu groß ist. Im Gegenteil ist bevorzugt die Axialkraft auf das Umschlingungsmittelgetriebe mittels des Kräftegleichgewichts über die Regelung der Steuerscheibe einstellbar. Bevorzugt wird das Kräfteverhältnis geometrisch (Verhältnis der axial wirkenden hydraulischen Flächen (Kolbenflächen) der Antagonisten Steuerscheibe und Gegenscheibe) eingestellt.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform wird die erste Gegenscheibe mittels eines Schneckentriebs axial bewegt. Hierbei ist besonders vorteilhaft, dass ein Schneckentrieb selbsthemmend aufbaubar ist, sodass keine Kräfte aufgebracht werden müssen, wenn die erste Gegenscheibe in eine entsprechende Position (Übersetzungsbetriebslage) überführt worden ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird ein elektromechanischer Linearantrieb vorgesehen, bei welchem die erste Gegenscheibe mit magnetischer Wirkung, bevorzugt im Zusammenspiel mit einer Federvorspannung, bewegbar ist. Dies ist ebenfalls mit diskreten Rastpositionen kombinierbar, sodass die Kräfte in solchen Positionen (nahezu) ausgeglichen sind. Ein solcher Aufbau ist bauraumsparend und einfach aufgebaut und zudem schnell regelbar.
Es ist zudem auch eine Kombination der Triebmittel einsetzbar, wobei bevorzugt ein Triebmittel zum Halten einer Übersetzungsposition eingerichtet ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Umschlingungsgetriebes ist die erste Gegenscheibe mittels eines ersten Hydrauliksystems axial bewegbar, wobei das erste Hydrauliksystem eine erste Kolbenfläche aufweist, und wobei die erste Steuerscheibe mittels eines zweiten Hydrauliksystems axial bewegbar ist, wobei das zweite Hydrauliksystem eine zweite Kolbenfläche aufweist, wobei die erste Kolbenfläche größer als die zweite Kolbenfläche ist, wobei bevorzugt das erste Hydrauliksystem mittels eines separaten Druckgebers versorgbar ist.
Die Kolbenflächen sind die axial wirkenden hydraulischen Flächen, mittels welcher multipliziert mit dem anliegenden Druck die jeweilige axiale Kraft zum Bewegen der Steuerscheibe (zweite Kolbenfläche) beziehungsweise der Gegenscheibe (erste Kolbenfläche) erzeugbar ist. In einer bevorzugten Ausführungsform sind das erste Hydrauliksystem und das zweite Hydrauliksystem über eine gemeinsame Leitung und/oder über eine gemeinsame Pumpe versorgt. Besonders bevorzugt sind zwei komplett voneinander getrennte Hydrauliksysteme vorgesehen, bei denen sowohl die Leitungen als auch die Pumpen voneinander getrennt sind. Hierdurch lassen sich Abweichungen von dem Spurversatzausgleich schnell und unkompliziert ausgleichen.
Bei dieser Ausführungsform ist die erste Kolbenfläche der ersten Gegenscheibe größer als die zweite Kolbenfläche der ersten Steuerscheibe, wodurch bei Drücken in der gleichen Größenordnung verhindert wird, dass die Kraft auf die Gegenscheibe kleiner ist als die Kraft auf die Steuerscheibe, sodass eine Veränderung der Übersetzung keinen Spurversatz verursachen kann. Ganz besonders bevorzugt ist die zweite Kolbenfläche maximal halb so groß wie die erste Kolbenfläche, ganz besonders bevorzugt weniger als ein Viertel der ersten Kolbenfläche.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Reduzieren eines Spurversatzes beim Verändern einer Übersetzung an einem Umschlingungsgetriebe gemäß einer Ausführungsform der obigen Beschreibung vorgeschlagen, welches zumindest die folgenden Schritte aufweist:

– Verändern eines ersten Abstands zwischen dem ersten Kegelscheibenpaar;
– Verändern eines zweiten Abstands zwischen dem zweiten Kegelscheibenpaar um den Betrag der Änderung des ersten Abstands in entgegengesetzter Richtung zum Verändern des ersten Abstands, sodass die Summe aus dem Betrag des ersten Abstands und dem Betrag des zweiten Abstands konstant bleibt. Das Verfahren kennzeichnet sich dabei vor allem dadurch, dass weiterhin die axiale Betriebslage der ersten Gegenscheibe derart verändert wird, dass das Umschlingungsmittel stets in einer Laufebene angeordnet ist, zu welcher die erste Getriebewelle und die zweite Getriebewelle senkrecht angeordnet sind.

Gemäß diesem Verfahren wird die Betriebslage der ersten Gegenscheibe stets an die Übersetzung angepasst, sodass der Spurversatz (nahezu) null ist. Das Verfahren wird hierbei mit einem Regelungssystem ausgeführt, welches naturgemäß einen (geringen) Zeitversatz aufweist, sodass in einer Zwischenstellung bei einer Veränderung der Übersetzung und bei schnellen Übersetzungsänderungen der Ausgleich der Betriebslage der ersten Gegenscheibe hinter einem optimalen Ausgleich zurückbleibt. Nach einer (kurzen) Latenzzeit, bevorzugt im Millisekunden-Bereich, und bei einer fest eingestellten Übersetzung am Umschlingungsgetriebe wird jedoch bevorzugt die Laufebene sehr exakt eingestellt, sodass dann die Abweichung von einer jeweiligen (Zwischen-)Sollposition geringer als 5 Winkelsekunden ist. Für manche Anwendungen sind aber auch Abweichungen von bis zu 10 Winkelsekunden, zum Beispiel aus wirtschaftlichen Gründen, ausreichend. Besonders bevorzugt wird aber zu keinem Zeitpunkt eine Abweichung von 10 Winkelsekunden, bevorzugt von 5 Winkelsekunden, überschritten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird die Lage der ersten Gegenscheibe hydraulisch reguliert, wobei bevorzugt eine Ausgleichskraft entgegen der Schaltkraft der ersten Steuerscheibe ausgerichtet aufgebracht wird, wobei die Ausgleichskraft stets größer als die Schaltkraft ist.
Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens wird bevorzugt ein Umschlingungsgetriebe mit einer ersten Kolbenfläche an der ersten Gegenscheibe und einer zweiten Kolbenfläche an der ersten Steuerscheibe eingesetzt, mittels welcher die Positionen hydraulisch regelbar sind. Durch diese Maßnahme ist es möglich, sicherzustellen, dass die Ausgleichskraft stets größer als die Schaltkraft auf die erste Steuerscheibe ist. Es sind aber auch Konfigurationen möglich, bei denen die Ausgleichskraft ermittelt wird beziehungsweise der Weg der Steuerscheibe und/oder der Gegenscheibe, sodass ein sicherer Betrieb möglich ist, wobei zugleich ein schneller Ausgleich bei einem Spurversatz durchgeführt werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Antriebsstrang vorgeschlagen, welcher eine Antriebseinheit mit einer Abtriebswelle und ein Umschlingungsgetriebe in einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung aufweist, wobei die Abtriebswelle zur Drehmomentübertragung mittels des Umschlingungsgetriebes mit veränderbarer Übersetzung mit zumindest einem Verbraucher verbindbar ist.
Der Antriebsstrang ist dazu eingerichtet, ein von einer Antriebseinheit, zum Beispiel einer Energiewandlungsmaschine, bevorzugt einer Verbrennungskraftmaschine oder einem Elektromotor, bereitgestelltes und über ihre Abtriebswelle abgegebenes Drehmoment für zumindest einen Verbraucher mit veränderbarer Drehzahl und/oder veränderbarem Drehmoment zu übertragen. Ein beispielhafter Verbraucher ist zumindest ein Antriebsrad eines Kraftfahrzeugs und/oder ein elektrischer Generator zur Bereitstellung von elektrischer Energie. Umgekehrt ist auch eine Aufnahme einer von zum Beispiel einem Antriebsrad eingebrachte Trägheitsenergie (zum Beispiel im Schubbetrieb) umsetzbar. Das zumindest eine Antriebsrad bildet dann die Antriebseinheit, wobei bevorzugt dessen Trägheitsenergie mittels des Umschlingungsgetriebes auf einen elektrischen Generator zur Rekuperation, also zur elektrischen Speicherung der Bremsenergie, mit einem entsprechend eingerichteten Antriebsstrang übertragbar ist. Weiterhin ist in einer bevorzugten Ausführungsform eine Mehrzahl von Antriebseinheiten vorgesehen, welche mittels des Umschlingungsgetriebes bedarfsgerecht belastbar sind, also ein derart einstellbarer Anteil eines anliegenden Drehmoments zur Nutzung zur Verfügung stellbar ist. Ein Beispiel ist ein Hybridantrieb aus Elektromotor und Verbrennungskraftmaschine für zum Beispiel ein Kraftfahrzeug. Das hier vorgeschlagene Umschlingungsgetriebe ist dabei besonders verschleißarm und geräuscharm. Daraus folgt zudem, dass es eine gesteigerte Lebensdauer aufweist. Das Umschlingungsgetriebe ist dabei mittels des oben beschriebenen Verfahrens betreibbar.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welches zumindest ein Antriebsrad aufweist, welches mittels eines Antriebsstrangs gemäß der obigen Beschreibung antreibbar ist.
Die meisten Kraftfahrzeuge weisen heutzutage einen Frontantrieb auf und ordnen daher bevorzugt die Antriebseinheit, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine oder einen Elektromotor, vor der Fahrerkabine und quer zur Hauptfahrrichtung an. Der Bauraum ist gerade bei einer solchen Anordnung besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, ein Umschlingungsgetriebe kleiner Baugröße zu verwenden. Das bedeutet, dass Umschlingungsmittel, bevorzugt mit Kettengliedern, möglichst geringer Baugröße verwendet werden sollen. Das hier vorgeschlagene Umschlingungsgetriebe weist eine verringerte (Quer-)Belastung des Umschlingungsmittels auf und ist daher bei gleicher Belastung und bei zumindest gleicher Lebensdauer mit einem deutlich kleineren Umschlingungsmittel ausführbar.
Verschärft wird diese Problematik bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung. Die verwendeten Aggregate in einem Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größerer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner.
Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht und Leistung zugeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car zugeordnet und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beziehungsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen up! oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Alfa Romeo Mito, Volkswagen Polo, Ford Fiesta oder Renault Clio.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
1: ein Diagramm des Spurversatzes über die Übersetzung;
2: ein Umschlingungsgetriebe mit ausgleichender Gegenscheibe mit gemeinsamer Druckversorgung;
3: der geometrische Zusammenhang zur Charakterisierung eines Umschlingungsgetriebes;
4: ein Umschlingungsgetriebe mit separater Druckbeaufschlagung;
5: ein erstes Kegelscheibenpaar mit Schneckentrieb;
6: ein erstes Kegelscheibenpaar mit elektro-mechanischem Lineartrieb; und
7: ein Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug.
In 1 ist ein Diagramm mit einer Spurversatz-Achse 48 in Millimeter und einer Übersetzungsverhältnis-Abszisse 47 mit einem Übersetzungsverhältnisbereich zwischen 2,4 und 0,4 ein beispielhafter Zusammenhang zwischen eingestelltem Übersetzungsverhältnis und resultierendem Spurversatz 12 als Kurve dargestellt. Der maximale Spurversatz 12 liegt dabei bei über 0,45 mm [Millimeter] und der minimale Spurversatz 12 bei unter –0,2 mm. Bei einem Übersetzungsverhältnis zwischen 2,1 und 2,0 beziehungsweise bei etwa 0,5 beträgt der Spurversatz 12 null. Diese Punkte entsprechen in der vorliegenden Erfindung bei einer (angenommen) ansonsten gleichen Konfiguration des Umschlingungsgetriebes der Null-Betriebslage. In der vorliegenden Erfindung wird ein Spurversatz 12 von (nahezu) null ermöglicht. Dies wird in den folgenden Figuren dargestellt.
In 2 ist ein Umschlingungsgetriebe 1 mit einem ersten Kegelscheibenpaar 3 und einem zweiten Kegelscheibenpaar 7 gezeigt, wobei hier das Umschlingungsmittel 11 (vergleiche 4) nicht dargestellt ist. Das erste Kegelscheibenpaar 3 setzt sich aus einer ersten Steuerscheibe 5 und einer ersten Gegenscheibe 6 auf einer ersten Getriebewelle 4 zusammen. Das zweite Kegelscheibenpaar 7 setzt sich aus einer zweiten Steuerscheibe 9 und einer zweiten Gegenscheibe 10 auf einer zweiten Getriebewelle 8 zusammen. Hierbei ist bevorzugt die erste Getriebewelle 4 mit einer Antriebseinheit 24 (vergleiche 5) verbunden und die zweite Getriebewelle 8 mit dem Abtrieb. In diesem Ausführungsbeispiel sind die erste Kolbenfläche 16 der ersten Gegenscheibe 6 und die zweite Kolbenfläche 18 der ersten Steuerscheibe 5 nahezu identisch. Zur Verdichtung des Informationsgehalts sind die erste Steuerscheibe 5 und die zweite Steuerscheibe 9 jeweils in der Minimalstellung und in der Maximalstellung dargestellt. Hierbei gehören die Stellungen der Steuerscheiben 5 und 9 jeweils außerhalb der Getriebewellen 4 und 8 beziehungsweise jeweils zwischen den Getriebewellen 4 und 8 zusammen. In diesem Beispiel ist die zweite Gegenscheibe 10 fixiert, kann aber grundsätzlich auch bewegbar wie die erste Gegenscheibe 6 eingerichtet sein. Die erste Getriebewelle 4 und die zweite Getriebewelle 8 sind mit einem Achsabstand 31 voneinander beabstandet und weisen dazu definiert eine Übertragungscharakteristik bezogen auf den Spurversatz 12 auf. In einer Betrachtungsweise wird der Parallelabstand 35 der gegenüberliegenden Scheiben, hier der ersten Gegenscheibe 6 und der zweiten Gegenscheibe 10, mit einem Scheibenneigungswinkel 34 bemessen. Bevorzugt wird bei einem mittleren Wirkdurchmesser 32 beziehungsweise 33 jeweils der Halbabstand 36 zur Laufebene 22 festgelegt. Dieser geometrische Zusammenhang ist in der schematischen Übersicht in 3 noch einmal detailliert dargestellt.
In 3 ist eine schematische Darstellung des charakterisierenden geometrischen Zusammenhangs eines Umschlingungsgetriebes gezeigt, wobei die obere Linie und die untere Linie die erste Getriebewelle 4 und die zweite Getriebewelle 8 repräsentieren, welche durch den Achsabstand 31 voneinander beabstandet sind. Der Parallelabstand 35 ergibt sich hierbei aus der kürzesten Distanz zu den parallelen Scheibentangenten unter dem Scheibenneigungswinkel 34. Der Abstand 46 am mittleren Wirkdurchmesser 32 beziehungsweise 33 (vergleiche 2), also die Summe der Halbabstände 36 (vergleiche 2) am mittleren Wirkdurchmesser 32 und 33, wird zwischen dem ersten mittleren Wirkradius 44 und dem zweiten mittleren Wirkradius 45 definiert. Der Parallelabstand 35 [B_L] und der Abstand am mittleren Wirkdurchmesser 46 [B₀] sind mittels des Scheibenneigungswinkels 34 [φ], der betragsmäßig gleichen mittleren Wirkradien 44 und 45 [r_M] und des Achsabstands 31 [a] über den folgenden mathematischen Zusammenhang miteinander verknüpft: BL = (a – 2r_M)sinφ + B₀cosφ beziehungsweise
In 4 ist eine weitere Konfiguration eines Umschlingungsgetriebes 1 gezeigt, bei dem ein Umschlingungsmittel 11 in einer neutralen Übersetzungsstellung (mittige Betriebslage), geringsten Übersetzungsstellung beziehungsweise größten Untersetzungsstellung (am ersten Kegelscheibenpaar 3 und am zweiten Kegelscheibenpaar 7 die oberste Betriebslage) und höchsten Übersetzungsstellung (am ersten Kegelscheibenpaar 3 und am zweiten Kegelscheibenpaar 7 die unterste Betriebslage) ausgehend von der ersten Getriebewelle 4 dargestellt ist. Dem ist ein erster Abstand 38 beziehungsweise ein zweiter Abstand 39 bei höchster Übersetzung sowie ein erster Abstand 40 beziehungsweise ein zweiter Abstand 41 bei geringster Übersetzung sowie wiederum ein erster Abstand 20 beziehungsweise ein zweiter Abstand 21 bei neutraler Übersetzung zugehörig. Hierbei ist die Lage dieser Abstände 20, 21, 38, 39 und 40, 41 mittels der ersten Gegenscheibe 6, welche axial bewegbar ist, jeweils so eingestellt, dass kein Spurversatz 12 auftritt und folglich die Getriebewellen 4 und 8 zu den Laufebenen 22 stets normal ausgerichtet sind. Hier wird dies infolge des ersten Hydrauliksystems 13 mit dem Ausgleichsdruck 43 auf die erste Kolbenfläche 16 erreicht, welche dem Steuerdruck 42 auf die zweite Kolbenfläche 18 entgegenwirkt. Auf die zweite Kolbenfläche 18 wirkt ein zweites axiales Hydrauliksystem 17 ein. Hierdurch wird die Laufebene 22 exakt parallel versetzt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das erste axiale Hydrauliksystem 13 von einem separaten Druckgeber 19, zum Beispiel einer Pumpe, versorgt, welche eine hydraulische Flüssigkeit aus einem Hydraulikreservoir 37 bedarfsgerecht zur Verfügung stellt.
5 zeigt isoliert ein erstes Kegelscheibenpaar 3 wie es zum Beispiel in 4 gezeigt ist. Hierbei ist die erste Gegenscheibe 6 mittels eines rein schematisch dargestellten Schneckentriebs 14 in eine erforderliche Übersetzungsbetriebslage überführbar.
6 zeigt isoliert ein erstes Kegelscheibenpaar 3 wie es zum Beispiel in 4 gezeigt ist. Hierbei ist die erste Gegenscheibe 6 mittels eines rein schematisch dargestellten elektro-mechanischen Lineartriebs 15 in eine erforderliche Übersetzungsbetriebslage überführbar.
In 7 ist ein Antriebsstrang 23, umfassend eine Antriebseinheit 24, hier als Verbrennungskraftmaschine dargestellt, eine Abtriebswelle 25, ein Umschlingungsgetriebe 1 und ein drehmomentübertragend verbundenes linkes Antriebsrad 26 und rechtes Antriebsrad 27, schematisch dargestellt. Der Antriebsstrang 23 ist hier in einem Kraftfahrzeug 2 angeordnet, wobei die Antriebseinheit 24 mit ihrer Motorachse 30 quer zur Längsachse 29 vor der Fahrerkabine 28 angeordnet ist.
Mit dem hier vorgeschlagenen Umschlingungsgetriebe wird die Effizienz und die Langlebigkeit verbessert und zugleich die Kontaktstabilität erhöht. Darüber hinaus sind die Laufbedingungen verbessert und die Geräuschemission reduziert.
Bezugszeichenliste

1: Umschlingungsgetriebe
2: Kraftfahrzeug
3: erstes Kegelscheibenpaar
4: erste Getriebewelle
5: erste Steuerscheibe
6: erste Gegenscheibe
7: zweites Kegelscheibenpaar
8: zweite Getriebewelle
9: zweite Steuerscheibe
10: zweite Gegenscheibe
11: Umschlingungsmittel
12: Spurversatz
13: erstes axiales Hydrauliksystem
14: Schneckentrieb
15: elektro-mechanischer Lineartrieb
16: erste Kolbenfläche
17: zweites axiales Hydrauliksystems
18: zweite Kolbenfläche
19: separater Druckgeber
20: erster Abstand bei neutraler Übersetzung
21: zweiter Abstand bei neutraler Übersetzung
22: Laufebene
23: Antriebsstrang
24: Antriebseinheit
25: Abtriebswelle
26: linkes Antriebsrad
27: rechtes Antriebsrad
28: Fahrerkabine
29: Längsachse
30: Motorachse
31: Achsabstand
32: erster mittlerer Wirkdurchmesser
33: zweiter mittlerer Wirkdurchmesser
34: Scheibenneigungswinkel
35: Parallelabstand
36: Halbabstand am mittleren Wirkdurchmesser
37: Hydraulikreservoir
38: erster Abstand bei höchster Übersetzung
39: zweiter Abstand bei höchster Übersetzung
40: erster Abstand bei geringster Übersetzung
41: zweiter Abstand bei geringster Übersetzung
42: Steuerdruck
43: Ausgleichsdruck
44: erster mittlerer Wirkradius
45: zweiter mittlerer Wirkradius
46: Abstand am mittleren Wirkdurchmesser
47: Übersetzungsverhältnis-Abszisse
48: Spurversatz-Achse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10017005 A1 [0003]
DE 10209513 A1 [0005]
JP 2011/112112 A [0006]
JP 2005/214238 A [0006]

Claims

Umschlingungsgetriebe (1) für ein Kraftfahrzeug (2), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: – ein erstes Kegelscheibenpaar (3) auf einer ersten Getriebewelle (4), wobei das erste Kegelscheibenpaar (3) eine erste Steuerscheibe (5) und eine erste Gegenscheibe (6) umfasst, wobei die erste Steuerscheibe (5) axial bewegbar ist; – ein zweites Kegelscheibenpaar (7) auf einer zweiten Getriebewelle (8), wobei das zweite Kegelscheibenpaar (7) eine zweite Steuerscheibe (9) und eine zweite Gegenscheibe (10) umfasst, wobei die zweite Steuerscheibe (9) axial bewegbar ist; und – ein Umschlingungsmittel (11), über welches das erste Kegelscheibenpaar (3) und das zweite Kegelscheibenpaar (7) drehmomentübertragend verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste Gegenscheibe (6) aus einer Null-Betriebslage heraus hin zu einer Übersetzungsbetriebslage axial bewegbar ist, um einen Spurversatz (12) des Umschlingungsmittels (11) zu reduzieren.
Umschlingungsgetriebe (1) nach Anspruch 1, wobei zumindest eines der folgenden Triebmittel zum Bewegen der ersten Gegenscheibe (6) vorgesehen ist: – zumindest ein axiales Hydrauliksystem (13); – zumindest ein Schneckentrieb (14); und – zumindest ein elektro-mechanischer Lineartrieb (15).
Umschlingungsgetriebe (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Gegenscheibe (6) mittels eines ersten Hydrauliksystems (13) axial bewegbar ist, wobei das erste Hydrauliksystem (13) eine erste Kolbenfläche (16) aufweist, und wobei die erste Steuerscheibe (5) mittels eines zweiten Hydrauliksystems (17) axial bewegbar ist, wobei das zweite Hydrauliksystem (17) eine zweite Kolbenfläche (18) aufweist, wobei die erste Kolbenfläche (16) größer als die zweite Kolbenfläche (18) ist, wobei bevorzugt das erste Hydrauliksystem (13) mittels eines separaten Druckgebers (19) versorgbar ist.
Verfahren zum Reduzieren eines Spurversatzes (12) beim Verändern einer Übersetzung an einem Umschlingungsgetriebe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend zumindest die folgenden Schritte: – Verändern eines ersten Abstands (20) zwischen dem ersten Kegelscheibenpaar (3); – Verändern eines zweiten Abstands (21) zwischen dem zweiten Kegelscheibenpaar (7) in entgegengesetzter Richtung zum Verändern des ersten Abstands (20) und um den Betrag der Änderung des ersten Abstands (20), sodass die Summe aus dem Betrag des ersten Abstands (20) und dem Betrag des zweiten Abstands (21) konstant bleibt; dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin die axiale Betriebslage der ersten Gegenscheibe (6) derart verändert wird, dass das Umschlingungsmittel (11) stets in einer Laufebene (22) angeordnet ist, zu welcher die erste Getriebewelle (4) und die zweite Getriebewelle (8) senkrecht angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Lage der ersten Gegenscheibe (6) hydraulisch reguliert wird, wobei bevorzugt eine Ausgleichskraft entgegen der Schaltkraft der ersten Steuerscheibe (5) ausgerichtet aufgebracht wird, wobei die Ausgleichskraft stets größer als die Schaltkraft ist.
Antriebsstrang (23), aufweisend eine Antriebseinheit (24) mit einer Abtriebswelle (25) und ein Umschlingungsgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Abtriebswelle (25) zur Drehmomentübertragung mittels des Umschlingungsgetriebes (1) mit veränderbarer Übersetzung mit zumindest einem Verbraucher (26, 27) verbindbar ist.
Kraftfahrzeug (2) aufweisend zumindest ein Antriebsrad (26, 27), welches mittels eines Antriebsstrangs (23) nach Anspruch 6 antreibbar ist.