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Die Erfindung betrifft eine Kegelscheibenanordnung für ein Stufenlosgetriebe, mit deren Hilfe ein Keilriemen des Stufenlosgetriebes auf einen anderen Radius verlagert werden kann, um die Übersetzung des Stufenlosgetriebes zu ändern.
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Beispielsweise aus
DE 2 104 546 A1 ist ein Stufenlosgetriebe mit zwei über einen Keilriemen miteinander gekoppelten Kegelscheibenpaaren bekannt, wobei die Kegelscheiben der Kegelscheibenpaaren in axialer Richtung gegeneinander verlagert werden können, damit der Keilriemen auf einen sich ändernden Radius an dem jeweiligen Kegelscheibenpaar angreifen kann, wodurch sich das Übersetzungsverhältnis stufenlos ändern lässt. Die verlagerbare Kegelscheibe ist hierbei an Gleitlagerbuchen drehbar und axial verschiebbar gelagert.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis ein besonders schnelles Ansprechverhalten bei einem Stufenlosgetriebe zu erreichen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen anzugeben, die ein Stufenlosgetriebe mit einem schnellen Ansprechverhalten ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Kegelscheibenanordnung für ein Stufenlosgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist eine Kegelscheibenanordnung für ein Stufenlosgetriebe vorgesehen mit einem Kegelkörper zur Ausbildung einer kegeligen Kegelfläche für einen Keilriemen, wobei der Kegelkörper einen in axialer Richtung verlaufenden Lagerabschnitt aufweist, einer Lagerbuchse zur axial verschiebbaren Lagerung des Kegelkörpers und einem in radialer Richtung zwischen dem Lagerabschnitt des Kegelkörpers und der Lagerbuchse angeordneten Linearkugellager zur Lagerung des Kegelkörpers an der Lagerbuchse.
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Es wurde erkannt, dass der von dem Kegelkörper abgestützte Keilriemen eine signifikante Normalkraft in radialer Richtung aufprägt. Diese Normalkraft ist jedoch im Wesentlichen auf einen gegenüberliegenden Kegelscheibensatz des Stufenlosgetriebes gerichtet, so dass die Normalkraft nur in eine Richtung weist. Dies führt zu einer Belastung in nur einer radialen Richtung, die in Umfangsrichtung nicht gleichmäßig verteilt ist. Diese einseitige Belastung durch den Keilriemen führt zu einer umlaufenden lokal deutlich erhöhten Belastung der rotierenden Teile, insbesondere des Lagerabschnitts und der Lagerbuchse. Bei einer reinen Gleitlagerung können an der Stelle der lokal erhöhten radialen Belastung durch die entsprechend höhere Normalkraft in diesem Bereich jedoch entsprechend höhere Reibungskräfte auftreten, die bei der Gleitlagerung zu einer signifikant erhöhten reibungsbedingten Widerstandskraft führt. Die für die Gleitlagerung gewählte Materialpaarung kann hierbei den erhöhten reibungsbedingten Widerstand nicht vollständig verhindern. Im Gegensatz dazu ist bei der Erfindung jedoch ein Linearkugellager zwischen dem Lagerabschnitt des Kegelkörpers und der Lagerbuchse vorgesehen. Bei dem Linearkugellager, das auch als Kugelbuchse oder Wellenführung bezeichnet wird, sind zur Lagerung Kugeln vorgesehen, die keinen Flächenkontakt herstellen, sondern lediglich im Wesentlichen punktförmig anliegen. Die Kugeln können bei einer axialen Relativbewegung des Kegelkörpers zur Lagerbuchse abrollen und/oder innerhalb des Linearkugellagers umlaufen, so dass ein Abgleiten von relativbewegten Bauteilen bei einer hohen angreifenden Normalkraft vermieden sind. Ein reibungsbehafteter Widerstand gegen eine axiale Relativbewegung kann im Vergleich zu einer reinen Gleitlagerung vermieden oder zumindest deutlich reduziert werden. Aufgrund des geringeren reibungsbedingten Widerstands gegen eine axiale Relativbewegung des Kegelkörpers kann der Kegelkörper leichter und schneller auch bei einer nur geringfügigen Änderung einer zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Stufenlosgetriebes angreifenden Kraft verlagert werden, so dass ein besonders schnelles Ansprechverhalten gegeben ist. Durch das Linearkugellager ist ein bei einer hohen angreifenden Normalkraft stattfindendes reibungsbehaftetes axiales Abgleiten vermieden, so dass ein Stufenlosgetriebe mit einem schnellen Ansprechverhalten ermöglicht ist.
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Das Stufenlosgetriebe, auch als CVT-Getriebe („CVT“ = continuously variable transmission) bezeichnet, kann durch eine Veränderung des axialen Abstands einer Eingangsverstellscheibe zu einer Eingangsgegenscheibe und eine korrespondierende Veränderung des axialen Abstands einer Ausgangsverstellscheibe zu einer Ausgangsgegenscheibe das Übersetzungsverhältnis und damit das übertragene Drehmoment und die übertragene Drehzahl stufenlos ändern. Die Eingangsverstellscheibe und/oder die Ausgangsverstellscheibe kann insbesondere durch den Kegelkörper der Kegelscheibenanordnung ausgebildet sein. Das minimale und das maximale Übersetzungsverhältnis des Stufenlosgetriebes sind durch den minimalen und den maximalen wirksamen Durchmesser der Kegelscheibenpaare an dem Umschlingungsmittel definiert. Durch einen eingangsseitig vorgesehenen Drehmomentfühler oder Drehzahlfühler kann bei einer plötzlichen Änderung des eingeleiteten Drehmoments beziehungsweise der Drehzahl der Abstand der Eingangsverstellscheibe zur Eingangsgegenscheibe verändert werden, wodurch sich das Übersetzungsverhältnis des Stufenlosgetriebes ändern kann. Das Stufenlosgetriebe kann insbesondere als Automatikkraftfahrzeuggetriebe für Zweiräder, beispielsweise Motorroller, kleinere Vierräder, beispielsweise Quad, oder Schneemobilen eingesetzt werden, die üblicherweise im Vergleich zu Personenkraftwagen eine geringere Leistungsspreizung erfordern.
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Insbesondere ist das Linearkugellager als Kugelumlauflager ausgestaltet. Das Kugelumlauflager kann ein Polymergehäuse mit Laufbahnsegmenten aus gehärtetem Stahl zur Führung der Kugeln innerhalb des gesamten Kugelumlauflagers aufweisen. Die umlaufenden Kugeln stellten einen unbegrenzten Hub bei einer im Vergleich zu einer Gleitlagerung geringeren Reibung sicher. Durch die umlaufenden Kugeln ist ein Abgleiten in einem Bereich mit einer besonders hohen durch den Keilriemen aufgebrachten Normalkraft vermieden. Reibungseffekte können dadurch minimiert und das Ansprechverhalten des Stufenlosgetriebes verbessert werden.
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Vorzugsweise ist das Linearkugellager beidseitig abgedichtet. Das Linearkugellager kann beispielsweise an seinen Stirnseiten eine Lippendichtung, beispielsweise einen Radialwellendichtring, aufweisen, welche die Kugeln des Linearkugellagers und/oder ein Schmiermittel in dem Linearkugellager zurückhält. Dadurch kann sich ein theoretisches Nachschmierintervall ergeben, das deutlich oberhalb der Lebensdauer des Linearkugellagers liegt, so dass das Linearkugellager in praktischen Anwendung nachschmierungsfrei ist.
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Besonders bevorzugt ist die Lagerbuchse aus einem gesinterten Öl-imprägnierten Material hergestellt. Die Lagerbuchse weist dadurch eine hohe Festigkeit auf und ist besonders verschleißfest. Zudem kann in den Poren des gesinterten Materials leicht ein Schmieröl eingebracht werden, das über die Lebensdauer eine Schmierung für das Linearkugellager erreichen kann. Durch diesen erhöhten Schmierungseffekt ist ein Nachlassen der Schmierung und eine sich erhöhende Reibung während der Lebensdauer des Linearkugellagers vermieden oder zumindest reduziert.
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Insbesondere ist die Lagerbuchse als ein separates Bauteil mit einer Gegenscheibe zur Anlage an einer von dem Kegelkörper weg weisenden Seite des Keilriemens und/oder mit einer Übertragungswelle zum Einleiten und/oder Ausleiten eines Drehmoments drehfest verbunden ist. Die Lagerbuchse kann prinzipiell einstückig mit der Übertragungswelle ausgestaltet sein. Durch eine bewusste Bauteiltrennung der Lagerhülse und der Übertragungswelle auf unterschiedliche Bauteile, kann für die Lagerhülse einerseits und für die Übertragungswelle andererseits ein jeweils anderes Material verwendet werden. Zudem kann die Lagerbuchse gleichzeitig als Abstandselement verwendet werden, um eine Gegenscheibe für den Keilriemen in einem definierten axialen Abstand mit der Übertragungswelle zu verbinden, ohne bei der Übertragungswelle einen unnötig gestuften Verlauf vorsehen zu müssen.
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Vorzugsweise weist die Lagerbuchse eine Innenverzahnung zur drehfesten Verbindung mit der Übertragungswelle auf. Die Übertragungswelle kann insbesondere sowieso eine Außenverzahnung aufweisen, mit deren Hilfe eine Gegenscheibe für den Keilriemen drehfest angebunden werden kann. Diese Außenverzahnung kann gleichzeitig für die drehfeste Verbindung der Lagerbuche genutzt werden. Die Lagerbuchse kann dadurch leicht drehfest mit der Übertragungswelle verbunden werden, so dass eine reibungsbehaftete Relativdrehung der Lagerbuchse zur Übertragungswelle vermieden werden kann.
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Besonders bevorzugt ist eine mit Hilfe eines ersten Lagers und eines zum ersten Lager axial beabstandeten zweiten Lager gelagerte Übertragungswelle zum Einleiten und/oder Ausleiten eines Drehmoments vorgesehen, wobei der Kegelkörper und/oder ein von dem Kegelkörper abstützbarer Keilriemen in axialer Richtung zwischen dem ersten Lager und dem zweiten Lager positionierbar ist. Durch die in axialer Richtung weit zueinander beabstandeten Lager kann zwischen den Lagern Bauraum für die Kegelscheibenanordnung geschaffen werden. Ein geringfügiges Durchbiegen der Übertragungswelle zwischen den Lagern aufgrund der von dem Keilriemen aufgebrachten radial ausgerichteten Normalkraft kann hierbei zugelassen werden, da die Kugeln des Linearkugellagers eine derartige Unebenheit und/oder Unrundheit ausgleichen können. Eine Erhöhung eines reibungsbehafteten Widerstands gegen eine axiale Relativbewegung bei einer elastischen Deformation der Übertragungswelle durch den Keilriemen kann dadurch vermieden werden.
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Insbesondere weist der Kegelscheibenkörper einen fliehkraftbasierten Drehzahlfühler zur radialen Verlagerung des Keilriemens in Abhängigkeit von einer Drehzahl auf. Der Drehzahlfühler kann eine an einer angeschrägten und in axialer Richtung feststehenden Rampe abgleitende Fliehkraftmasse aufweisen, so dass der Kegelscheibenkörper bei einer ansteigenden Drehzahl eine sich fliehkraftbedingt erhöhende Anpresskraft auf den Keilriemen ausübt. Dadurch kann der sich fliehkraftbedingt axial verlagernde Kegelscheibenkörper den Keilriemen bei einer sich erhöhenden Eingangsdrehzahl auf einen größeren Radius verlagert, wodurch sich die Übersetzung in Abhängigkeit von der angreifenden Drehzahl automatisch in Abhängigkeit von der anliegenden Drehzahl stufenlos ändern lässt.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Kegelscheibensatz für ein Stufenlosgetriebe, mit einer Übertragungswelle zum Einleiten und/oder Ausleiten eines Drehmoments, einer an der Übertragungswelle axial verschiebbar gelagerten Kegelscheibenanordnung, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, zum radialen Verlagern eines Keilriemens und einer drehfest mit der Übertragungswelle gekoppelten Gegenscheibe zur Aufnahme des Keilriemens zwischen dem Kegelkörper und der Gegenscheibe. Durch das Linearkugellager der Kegelscheibenanordnung ist ein bei einer hohen angreifenden Normalkraft stattfindendes reibungsbehaftetes axiales Abgleiten vermieden, so dass ein Stufenlosgetriebe mit einem schnellen Ansprechverhalten ermöglicht ist.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Stufenlosgetriebe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Zweirad, mit einem ersten Kegelscheibensatz zum Einleiten eines Drehmoments, einem zweiten Kegelscheibensatz zum Ausleiten eines gewandelten Drehmoments und einen den ersten Kegelscheibensatz mit dem zweiten Kegelscheibensatz koppelnden Keilriemen, wobei der erste Kegelscheibensatz und/oder der zweite Kegelscheibensatz eine Kegelscheibenanordnung, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, aufweist. Durch das Linearkugellager der Kegelscheibenanordnung ist ein bei einer hohen angreifenden Normalkraft stattfindendes reibungsbehaftetes axiales Abgleiten vermieden, so dass ein Stufenlosgetriebe mit einem schnellen Ansprechverhalten ermöglicht ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigt:
- 1: eine schematische Schnittdarstellung eines Kegelscheibensatzes für ein Stufenlosgetriebe.
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Der in 1 dargestellte Kegelscheibensatz 10 kann eine Eingangsseite oder Ausgangsseite eines als Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe ausgestalteten Stufenlosgetriebes sein. Mit Hilfe einer Übertragungswelle 12 kann ein Drehmoment eingeleitet und/oder ausgeleitet werden. Mit der Übertragungswelle 12 ist eine Gegenscheibe 14 drehfest und axial unbeweglich verbunden. Ein Kegelkörper 16 einer Kegelscheibenanordnung 18 ist zur Gegenscheibe 14 axial verschiebbarer vorgesehen, wobei zwischen einer kegeligen Kegelfläche 20 des Kegelkörpers 16 und der Gegenscheibe 14 ein als Keilriemen 22 ausgestaltetes Umschlingungsmittel reibschlüssig aufgenommen ist. Der Kegelkörper 16 kann gegebenenfalls mit Hilfe einer Vorspannfeder in einer Axialrichtung vorgespannt sein, wobei der Kegelkörper 16 insbesondere in einer von der Gegenscheibe 14 weg weisenden Axialrichtung vorgespannt ist.
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Die Kegelscheibenanordnung weist einen Drehzahlfühler 24 auf, bei dem eine als Kugel 26 ausgestaltete Fliehkraftmasse an einer Rampe 28 des Kegelkörpers 16 und an einer Gegenrampe 30 eines drehfest und axial unbeweglich mit der Übertragungswelle 12 verbundenen Stützblechs 32 fliehkraftbedingt angreifen kann. Bei einer sich erhöhenden Drehzahl der Übertragungswelle 12 erhöht sich die an der Kugel 26 angreifende Fliehkraft, so dass die an der Rampe 28 und der Gegenrampe 30 fliehkraftbedingt angreifende Kugel 26 den Kegelkörper 16 auf die Gegenscheibe 14 zu axial verlagert. Der Keilriemen 22 wird dadurch auf einen größeren Radius des Kegelkörpers 16 und der Gegenscheibe 14 gezwungen, so dass sich in Abhängigkeit von der Drehzahl der Übertragungswelle 12 das Übersetzungsverhältnis des Stufenlosgetriebes ändert.
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Zwischen der Gegenscheibe 14 und dem Stützblech 32 des Drehmomentfühlers 24 ist eine über eine Innenverzahnung 42 drehfest mit der Übertragungswelle 12 verbundene Lagerbuchse 34 in einer axial definierten Relativlage eingespannt. Ein rohrförmiger in axialer Richtung abstehender Lagerabschnitt 40 des Kegelkörpers 16 ist nicht direkt, sondern indirekt über ein Linearkugellager 36 an der Lagerbuchse 34 gelagert, so dass ein reibungsbehafteter Schleif- oder Gleitkontakt des Lagerabschnitts 40 bei einer axialer Relativbewegung des Kegelkörpers 16 vermieden oder zumindest reduziert ist. Das Linearkugellager 36 kann einseitig oder beidseitig, beispielsweise mit Hilfe eines Radialwellendichtrings 38, abgedichtet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kegelscheibensatz
- 12
- Übertragungswelle
- 14
- Gegenscheibe
- 16
- Kegelkörper
- 18
- Kegelscheibenanordnung
- 20
- Kegelfläche
- 22
- Keilriemen
- 24
- Drehzahlfühler
- 26
- Kugel
- 28
- Rampe
- 30
- Gegenrampe
- 32
- Stützblech
- 34
- Lagerbuchse
- 36
- Linearkugellager
- 38
- Radialwellendichtring
- 40
- Lagerabschnitt
- 42
- Innenverzahnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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