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Die Erfindung betrifft eine Laschenkette mit einer Kettenbreite für ein Umschlingungsgetriebe, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine Vielzahl von Laschen;
- - eine korrespondierende Anzahl von Wiegedruckstückpaaren,
umfassend jeweils ein erstes Wiegedruckstück und ein zweites Wiegedruckstück, mit einer Quererstreckung in Richtung der Kettenbreite,
wobei innerhalb jeweils einer Lasche zwei feste Wiegedruckstücke und zwei freie Wiegedruckstücke vorgesehen sind, und
wobei jeweils eine Lasche einen radial-äußeren Längsbügel und einen radial-inneren Längsbügel mit jeweils Erstreckung in Kettenlaufrichtung, sowie zwei endseitige Seitenbügel mit Erstreckung in Radialrichtung aufweist,
wobei von dem radial-äußeren Längsbügel hin zu den freien Wiegedruckstücken ein Führungshöcker derart ausgebildet ist, dass ein Führungsspalt hin zu dem jeweiligen freien Wiegedruckstück gebildet ist. Die Laschenkette ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsspalt zumindest in Kettenlaufrichtung infolge einer Verformung der Lasche mittels einer Reckkraft vergrößert ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Umschlingungsgetriebe für einen Antriebsstrang, einen Antriebsstrang mit einem solchen Umschlingungsgetriebe, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang.
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Aus dem Stand der Technik sind Laschenketten als Umschlingungsmittel für Umschlingungsgetriebe, beispielsweise ein sogenanntes CVT [engl.: continuous variable transmission], als Zugmittel bekannt. Ein solches CVT ist beispielsweise aus der
DE 100 17 005 A1 bekannt. Eine solche Laschenkette ist für ein Übertragen von hohen Drehmomenten und hohen Drehzahlen eingerichtet, wie sie beispielsweise aus dem Motorenbau für Kraftfahrzeuge bekannt sind. Weil die Getriebegeräusche ungewohnt sind und allgemein als störend empfunden werden, ist es eine stete Herausforderung, eine Laschenkette zu schaffen, welche eine möglichst geringe Geräuschemission aufweist. Zugleich ist aber auch eine lange Lebensdauer der Laschenkette, möglichst Austauschfreiheit über die Lebensdauer eines Kraftfahrzeugs, und ein hoher Wirkungsgrad angestrebt. Eine Laschenkette mit Wiegedruckstücken ist beispielsweise aus der
WO 2001/38 755 A1 ,
WO 2013/135 483 A1 und der
WO 2016/095 913 A1 bekannt. Eine Lasche umfasst jeweils zwei endseitige Seitenbügel und einen radial-äußeren Längsbügel sowie einen radial-inneren Längsbügel. Mit einer Lasche sind jeweils zwei Wiegedruckstückpaare Zugkraft-übertragend miteinander verbunden. Bezogen auf eine Lasche werden die Seitenbügel-seitigen Wiegedruckstücke als feste Wiegedruckstücke bezeichnet und die zueinander benachbarten Wiegedruckstücke als freie Wiegedruckstücke bezeichnet. Die freien Wiegedruckstücke wippen Druckkraft-übertragend auf dem jeweiligen festen Wiegedruckstück des gebildeten Wiegedruckstückpaars und bewegen sich damit (frei) zu der betreffenden Lasche. In einer komplementären Lasche, welche also über das Wiegedruckstückpaar mit der zuvor beschriebenen Lasche verbunden ist, ist umgekehrt das freie Wiegedruckstück das feste, also das in der komplementären Lasche Seitenbügel-seitige, Wiegedruckstück.
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Für eine hohe Kettenfestigkeit ist eine gute Führung des freien Wiegedruckstücks wichtig. Ziel ist eine möglichst geringe Verschiebung der Wiegedruckstücke in einem Gelenk. Daraus folgt keine zusätzliche asymmetrische Laschenbelastung, weil die Wiegekontakte auf gleichbleibender Höhe angeordnet sind. Zudem sollen möglichst geringe Führungskräfte erzielt werden. Die Führungskräfte sind Zusatzbelastungen für die Lasche, welche zum Ausfall führen können. Zudem können sogenannte Scheuerstellen, also Führungsstellen, durch Verschleißphänomene zum Ausfall der Laschenkette und damit des Umschlingungsgetriebes führen.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen 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.
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Die Erfindung betrifft eine Laschenkette mit einer Kettenbreite für ein Umschlingungsgetriebe, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine Vielzahl von Laschen;
- - eine korrespondierende Anzahl von Wiegedruckstückpaaren,
umfassend jeweils ein erstes Wiegedruckstück und ein zweites Wiegedruckstück, mit einer Quererstreckung in Richtung der Kettenbreite,
wobei mittels der Vielzahl der Laschen die Wiegedruckstückpaare im Einsatz zum Übertragen einer Zugkraft zu einem geschlossenen Ring verkettet sind und so eine beidseits weisende Kettenlaufrichtung sowie eine Radialrichtung quer zu der Kettenlaufrichtung und quer zu der Kettenbreite definieren, wobei die Radialrichtung von innerhalb des Rings nach außerhalb des Rings weist, und
wobei jeweils eine Lasche zwei Wiegedruckstückpaare umschließt, sodass in einer Lasche in Kettenlaufrichtung jeweils zwei außenseitige, feste Wiegedruckstücke und zwei innenseitige, freie Wiegedruckstücke vorgesehen sind, und wobei jeweils eine Lasche einen radial-äußeren Längsbügel und einen radial-inneren Längsbügel mit jeweils Erstreckung in Kettenlaufrichtung, sowie zwei endseitige Seitenbügel mit Erstreckung in Radialrichtung aufweist, welche zum Übertragen einer Druckkraft auf das jeweilige feste Wiegedruckstück eingerichtet sind, und wobei von dem radial-äußeren Längsbügel hin zu den freien Wiegedruckstücken ein Führungshöcker derart ausgebildet ist, dass ein Führungsspalt hin zu dem jeweiligen freien Wiegedruckstück gebildet ist.
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Die Laschenkette ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsspalt zumindest in Kettenlaufrichtung infolge einer Verformung der Lasche mittels einer Reckkraft vergrößert ist.
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In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
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Die hier vorgeschlagene Laschenkette ist für ein Umschlingungsgetriebe als Zugmittel eingerichtet, beispielsweise für ein CVT. Bei einem Umschlingungsgetriebe bildet eine Laschenkette einen Umschlingungskreisabschnitt bei den Getriebewellen und dazwischen zwei Trume (zusammen ein Ring), wobei eines ein Zugtrum beziehungsweise Lasttrum ist und das andere ein Leertrum ist. Die Laschenkette weist eine Kettenbreite auf und über diese Kettenbreite sind eine Mehrzahl von Laschen benachbart zueinander angeordnet und bilden eine Laschengruppe. Die Kettenbreite ist im Einsatz (in einem Umschlingungsgetriebe) parallel zu der Ausrichtung der zumindest zwei Getriebewellen ausgerichtet. Daher wird die Richtung der Kettenbreite auch als axial bezeichnet und ist im Betrieb konstant gleich ausgerichtet. Die Kettenerstreckung wird als Kettenlaufrichtung bezeichnet, welche also wie oben beschrieben Ring-artig verläuft und im Einsatz über die Bewegung der Laschenkette ihre Ausrichtung ändert. Die dritte Raumrichtung, welche zu den anderen beiden senkrecht steht und von dem Inneren des gebildeten geschlossenen Rings nach außen weist, wird als Radialrichtung bezeichnet und ändert gemeinsam mit der Kettenlaufrichtung Ihre Ausrichtung. Wenn von der Kettenlaufrichtung gesprochen wird, so ist damit nicht eine einzige Umlaufrichtung wie im Einsatz gemeint, sondern der beidseitige Verlauf der Laschen und Wiegedruckstücke in dem geschlossenen Ring, also auch die gegenläufige Richtung zu der im Einsatz tatsächlichen Umlaufrichtung.
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In Kettenlaufrichtung sind eine zu der Anzahl der Laschengruppen korrespondierende Anzahl von Wiegedruckstücken als Wiegedruckstückpaare mit einem in seitlicher Betrachtung (axiale Draufsicht) linken (in Umlaufrichtung beispielsweise vorderen) Wiegedruckstück und einem rechten (beispielsweise hinteren) Wiegedruckstück vorgesehen, wobei beispielsweise das linke Wiegedruckstück mit einer Mehrzahl von rechten Laschen in unmittelbarem Kontakt steht, weiterhin das rechte Wiegedruckstück mit einer Mehrzahl von linken Laschen in unmittelbarem Kontakt steht und die beiden Wiegedruckstücke des Wiegedruckstückpaars unmittelbar aneinander anliegen. Die beiden Wiegedruckstücke des Wiegedruckstückpaars übertragen die Zugkraft der Laschen so als Druckkraft aufeinander und rollen bei der Bewegung in einem Umschlingungsgetriebe aufeinander ab, beschreiben also eine Wiegebewegung aufeinander. Zum Aufnehmen der Mehrzahl der Laschen weisen die Wiegedruckstücke eine entsprechende Breite auf, welche in der Regel die maximale Breite der Laschenkette definiert, also die Kettenbreite. Bei beispielsweise einem CVT sind die Enden der Wiegedruckstücke schräg und/oder ballig ausgebildet, um so eine etwa parallele Anliegefläche, beziehungsweise klar definiert, eine eng umgrenzte Anliegelinie oder einen eng umgrenzten Anliegepunkt mit den Oberflächen der Kegelscheibenpaare auszubilden. Über die Enden der Wiegedruckstücke wird bei einem CVT reibschlüssig ein Drehmoment in die Laschenkette eingeleitet. Die Wiegedruckstücke werden also beidseitig mit einer axialen Druckkraft belastet. Die Laschen übertragen zumindest auf die gerade freien, also nicht axial verpressten, Wiegedruckstücke (zumindest des Lasttrums) das Drehmoment als Zuglast auf die jeweils zugehörigen Wiegedruckstücke, beispielsweise das jeweils unmittelbar benachbarte Wiegedruckstück. Die Wiegedruckstücke beziehungsweise Wiegedruckstückpaare sind also mittels der Vielzahl der Laschen Zugkraft-übertragend verkettet.
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Laschen weisen ein Paar (radial-innen und radial-außen) von Längsbügeln, welche auch als Laschenbügeln bezeichnet werden, mit Haupterstreckung beziehungsweise Überbrückungsrichtung in Kettenlaufrichtung und ein Paar von Seitenbügeln mit Haupterstreckung beziehungsweise Überbrückungsrichtung in Radialrichtung auf. Die Seitenbügel und Längsbügel bilden so ein Rahmen-förmiges Bauteil. In den meisten Laschenketten sind sowohl Langlaschen als auch Kurzlaschen vorgesehen. In wenigen Anwendungen sind auch einzig Kurzlaschen oder einzig Langlaschen vorgesehen. Sowohl die Kurzlaschen als auch die Langlaschen verbinden jeweils zwei Wiegedruckstückpaare. Die Wiegedruckstückpaare sind bei einer Laschenkette mit sowohl Langlaschen als auch Kurzlaschen im Verlauf der Laschenkette in Kettenlaufrichtung unterschiedlich weit voneinander beabstandet, nämlich mittels der Kurzlaschen gehalten mit einem kürzeren Abstand und mittels der Langlaschen gehalten im Vergleich dazu mit einem längeren Abstand.
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Wie bereits eingangs erwähnt ist für eine hohe Kettenfestigkeit eine gute Führung des freien Wiegedruckstücks wichtig. Dazu ist an dem radial-äußeren Längsbügel ein entsprechender Führungshöcker vorgesehen. Zwischen dem Führungshöcker und dem jeweiligen freien Wiegedruckstück ist ein Führungsspalt gebildet, welcher also ein Führungsspiel definiert. Durch das Recken, einer unumgänglichen (plastifizierenden) Kaltverformung der Laschenkette infolge einer Zugkraft-Belastung (Reckkraft) in Kettenlaufrichtung, ändert sich die Laschengeometrie. Beim Stand der Technik ändert sich zwar der Führungsspalt, aber das Führungsspiel wird durch das Recken nur minimal verändert. Das liegt daran, dass sich das Einschnüren der Lasche, mit der Folge einer Reduzierung des Führungsspiels, und das Eindrücken des festen ersten Wiegedruckstücks in die Lasche, mit der Folge der Erhöhung des Führungsspiels, gegenseitig kompensieren. Bisher wurde eine Lasche derart ausgelegt. Das Einschnüren bedeutet ein Laschen-einwärtiges Biegen beziehungsweise Fließen der Längsbügel, und hier relevant des radial-äußeren Längsbügels, welcher den Führungshöcker umfasst. Das Eindrücken der festen Wiegedruckstücke bewirkt eine Längung des von den Seitenbügeln gerahmten Bereichs der Lasche, in welchem die zwei Wiegedruckstückpaare angeordnet sind. Beide Effekte haben einen Einfluss auf die Streckung der Kette infolge des Reckens, also Anlegens einer Reckkraft.
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Hier ist nun vorgeschlagen, dass mit Anlegen der Reckkraft ein Führungsspiel im Vergleich zu einem Zustand nach Abschluss aller Fertigungsschritte vergrößert wird. Im Vergleich zum Stand der Technik wird das Einschnüren der Lasche beziehungsweise der Längsbügel reduziert. In einer Ausführungsform ist dazu ein Querschnitt zumindest des radial-äußeren Längsbügels vergrößert. In einer Ausführungsform ist ein anderes Laschenmaterial eingesetzt oder das Laschenmaterial lokal im Bereich zumindest des radial-äußeren Längsbügels behandelt, sodass eine erhöhte Reckfestigkeit erzielt ist. Beim Recken dominiert daher das Eindrücken des festen Wiegedruckstücks in die Lasche über das Einschnüren des (radial-äußeren) Längsbügels. Damit wird das Führungsspiel des freien Wiegedruckstücks erhöht. Je höher die Recklast, desto stärker steigt das Führungsspiel.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Laschenkette vorgeschlagen, dass zwischen dem festen Wiegedruckstück und der Lasche radial-außen eine Kontaktfläche gebildet ist.
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Bei vorbekannten Laschen ist angestrebt, dass zwischen dem festen Wiegedruckstück und der Lasche ein Punktkontakt beziehungsweise ein Linienkontakt mit axialer Erstreckung gebildet ist. Dieser Linienkontakt definiert somit die Lage und Ausrichtung der aus der Reckkraft resultierenden Druckkraft. Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise ein Linienkontakt derart gebildet, dass eine Normale auf der Tangente auf dem infinitesimalen Flächenabschnitt des festen Wiegedruckstücks in diesem Linienkontakt etwa 8° [acht Grad von 360°] beträgt. Der Radialanteil der resultierenden Druckkraft ist also gering bis vernachlässigbar.
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Hier ist nun vorgeschlagen, dass ein flächiger Kontakt, also eine Kontaktfläche gebildet ist, also mit einer Erstreckung entlang des Verlaufs der Oberfläche des festen Wiegedruckstücks in der Querschnittsebene (aufgespannt von der Kettenlaufrichtung und der Radialrichtung). Damit ist der Radialanteil der resultierenden Druckkraft größer als beim radial-inneren Beginn der Kontaktfläche. Vielmehr ist der Radialanteil in einer näherungsweisen Betrachtung als Bogenabschnitt eines Kreises von einem mittleren Winkel zwischen dem Beginn und dem Ende der Kontaktfläche bestimmt. Beispielsweise beträgt der mittlere Winkel etwa 60° [sechzig Grad von 360°] ausgehend von einer zu der Kettenlaufrichtung parallelen Grundlinie in Richtung von dem festen Wiegedruckstück hin zu dem in Kontakt stehenden Seitenbügel und radial-auswärts hin zu der Radialrichtung drehend. Beispielsweise ist der Beginn der Kontaktfläche bei etwa 45° und das Ende bei etwa 75° gewählt. Je steiler der resultierende mittlere Winkel, desto geringer der Effekt des Einschnürens. Je größer die Kontaktfläche desto geringer ist die Flächenpressung und damit die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls infolge von Pitting. Das Ende der Kontaktfläche und auch der Radialanteil liegt bei maximal 90°.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Laschenkette vorgeschlagen, dass die Kontaktfläche sich erstreckt über einen Winkelbereich zu der Kettenlaufrichtung von mehr als 5°, bevorzugt mehr als 20°.
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Wie bereits zuvor erläutert, ist es bei vorbekannten Laschen angestrebt, dass zwischen dem festen Wiegedruckstück und der Lasche ein Linienkontakt gebildet ist. Hier ist nun im Gegensatz dazu vorgeschlagen, dass eine Kontaktfläche gebildet ist, welche sich beispielsweise über einen Winkelbereich von mehr als 5° erstreckt. In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Kontaktfläche über mehr als 20°, beispielsweise über etwa 30°. Je größer die Kontaktfläche desto genauer ist die Umformung auch unter Fertigungstoleranzen.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Laschenkette vorgeschlagen, dass zwischen dem korrespondierenden Seitenbügel und dem festen Wiegedruckstück im Bereich der Kettenmittelebene ein Vorhaltespalt mit Erstreckung in Kettenlaufrichtung vorgehalten ist,
wobei sich der Vorhaltespalt nach radial-außen bis zu einem Bereich des festen Wiegedruckstücks erstreckt, welcher eine Flächennormale mit einem Winkel von mehr als 10°, bevorzugt mehr als 30°, zu der Kettenlaufrichtung aufweist.
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Hier ist vorgeschlagen, dass die resultierende Druckkraft auf das feste Wiegedruckstück einen vergrößerten Radialanteil erhält, als wenn das feste Wiegedruckstück mit einer (wie vorbekannt) flach angesetzten Linie mit Erstreckung in Axialrichtung angesetzt ist. In einer Ausführungsform liegt das feste Wiegedruckstück einzig im (Laschen-innenseitigen) Übergang von dem betreffenden Seitenbügel in die Längsbügel an der Lasche an, bevor die Reckkraft angelegt wird. Daraus folgt beim Eindrücken des festen Wiegedruckstücks in die Lasche eine Reduzierung des Einschnürens des (radial-äußeren) Längsbügels. Der Übergang ist ein Bereich, in welchem sich eine Ausrichtung der Normale auf der Kontaktfläche des betreffenden Seitenbügels zu dem festen Wiegedruckstück von etwa Kettenlaufrichtung in eine geneigte Ausrichtung, bevorzugt ab mehr als 10° [zehn Grad von 360° mit der Grundlinie wie zuvor beschrieben], besonders bevorzugt mehr als 30°, bis zu einer etwa radialen Ausrichtung, bevorzugt bis maximal etwa 75°, der Kontaktfläche des betreffenden Längsbügels zu dem festen Wiegedruckstück ändert. Ein mittlerer Winkel (nach obiger Definition) der Flächennormalen beziehungsweise der aus der Reckkraft resultierenden Druckkraft zwischen dem festen Wiegedruckstück und dem Übergang ist beispielsweise bei etwa 60° [sechzig Grad] gebildet. Je steiler der resultierende mittlere Winkel, desto geringer der Effekt des Einschnürens. Der Übergang ist beispielsweise Bogen-förmig, beispielsweise exakt oder angenähert an eine Kreisbahn. Der Vorhaltespalt ist (zumindest vor dem Recken) beispielsweise etwa Linsen-förmig (bikonvex) mit einer Mittellinie zwischen den gebogenen Außenlinien (Linsenlinien) etwa parallel zu der Erstreckung des betreffenden Seitenbügels. Nach dem Recken ist der Vorhaltespalt deutlich verkleinert und die Kontaktfläche verlagert und/oder vergrößert. Der hier beschriebene Zusammenhang der Kontaktfläche und des Radialanteils ist also für vor dem Recken definiert.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Laschenkette vorgeschlagen, dass ein mittlerer Winkel der radial-äußeren Druckkraft auf das feste Wiegedruckstück zu der Kettenlaufrichtung größer als 10° ist, bevorzugt größer als 30° ist, besonders bevorzugt bei etwa 60° liegt.
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Hier ist vorgeschlagen, dass die resultierende Druckkraft auf das feste Wiegedruckstück einen vergrößerten Radialanteil erhält, als wenn das feste Wiegedruckstück mit einer (wie vorbekannt) flach angesetzten Linie mit Erstreckung in Axialrichtung angesetzt ist. Der mittlere Winkel (nach obiger Definition) der Flächennormalen beziehungsweise der aus der Reckkraft resultierenden Druckkraft zwischen dem festen Wiegedruckstück und der Lasche beträgt mehr als 10° [zehn Grad von 360°], bevorzugt mehr als 30°, beispielsweise etwa 60° [sechzig Grad]. Je steiler der resultierende mittlere Winkel, desto geringer der Effekt des Einschnürens. In einer Ausführungsform ist der mittlere Winkel auf einem Linienkontakt zwischen dem festen Wiegedruckstück und der Lasche gebildet, also der Winkel der korrespondierenden Tangente (vergleiche obige Definition). Bevorzugt ist eine Kontaktfläche gebildet, beispielsweise wie oben vorgeschlagen.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Laschenkette vorgeschlagen, dass der radial-äußere Längsbügel eine solche radiale Erstreckung aufweist, dass
die Verkleinerung des Führungsspalts in Kettenlaufrichtung infolge eines aus der Reckkraft resultierenden Einschnürens geringer ist als die Vergrößerung des Führungsspalts in Kettenlaufrichtung infolge eines aus der Reckkraft resultierenden Verlagerns des Wiegedruckstückpaars in Kettenlaufrichtung.
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Bei dieser alternativen oder ergänzenden Ausführungsform ist die Verformung des radial-äußeren Längsbügels, also das (radiale) Einschnüren, dadurch verringert, dass im Vergleich zu vorbekannten Lösungen die radiale Erstreckung, also der Querschnitt in seiner radialen Ausdehnung, vergrößert wird. Dies reduziert die Streckung der Laschenkette unter einer Reckkraft und dabei auch den Betrag des Einschnürens. (Zumindest vor dem Recken) beträgt die radiale Erstreckung des radial-äußeren Längsbügels beispielsweise 1,6 mm [sechzehn zehntel Millimeter] bis 2,8 mm, bei einem Abstand der Wiegedruckstückpaare (bezogen auf die Berührungslinie der beiden Wiegedruckstücke, also eine Teilung) von 4,5 mm [fünfundvierzig zehntel Millimeter] bis 8 mm. Die Zahlenwerte sind auf eine sogenannte Kurzlasche bezogen.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Laschenkette vorgeschlagen, dass die axial-äußeren Laschen mit den axial-inneren Laschen identisch ausgeführt sind.
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Bei dieser besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgeschlagen, dass nicht allein die Außenlaschen, also die in einem Laschenpaket axial-äußersten Laschen, nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung ausgeführt sind. In einer Ausführungsform ist dies gewünscht, sodass die Außenlaschen einem verringerten Verschleiß unterliegen.
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In der hier vorgeschlagenen Ausführungsform wird ausgenutzt, sodass sich beim Recken an dem axial-äußeren Laschen eines Laschenpakets ein größeres Führungsspiel als bei den axial-inneren Laschen ausbildet, weil die axial-äußeren Laschen und besonders die Außenlaschen beim Recken höhere Reckkräfte als die axial-inneren Laschen erfahren. Im Betrieb wird daher die Führungsaufgabe auf die axial-inneren Laschen verlagert. Somit reduziert sich an den ausfallrelevanten Außenlaschen die Belastung durch Führungskräfte ebenso wie der Verschleiß durch die Führung. Damit ist die Kettenfestigkeit gesteigert.
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In einer Ausführungsform sind unterschiedliche Laschen axial-außen (oder allein als Außenlaschen) als axial-innen eingesetzt, nämlich axial-außen nach der hier vorgeschlagenen Ausführungsform und axial-innen mit einem größeren Einschnürverhalten, beispielsweise bei welchen sich wie konventionell die Verformungseffekte des Reckens an dem Führungsspalt kompensieren und/oder konventionelle Laschen. Damit lässt sich der Effekt auf einen verringerten Verschleiß an den axial-äußeren Laschen ohne Reduzierung der Führung der Wiegedruckstücke verstärken.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Umschlingungsgetriebe für einen Antriebsstrang vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine Getriebeeingangswelle mit einem ersten Kegelscheibenpaar;
- - eine Getriebeausgangswelle mit einem zweiten Kegelscheibenpaar; und
- - eine Laschenkette nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, mittels welcher das erste Kegelscheibenpaar mit dem zweiten Kegelscheibenpaar Drehmoment-übertragend verbunden ist,
wobei mittels eines regelbaren axialen Abstands der Kegelscheibenpaare eine Übersetzung zwischen der Getriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle, bevorzugt stufenlos, veränderbar ist.
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Das Umschlingungsgetriebe ist für einen Antriebsstrang, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, eingerichtet und umfasst zumindest ein auf der Getriebeeingangswelle angeordnetes erstes Kegelscheibenpaar und ein auf der Getriebeausgangswelle angeordnetes zweites Kegelscheibenpaar sowie ein zur Drehmomentübertragung zwischen den Kegelscheibenpaaren vorgesehenes Umschlingungsmittel, nämlich die oben beschriebene Laschenkette. Ein Kegelscheibenpaar umfasst zwei Kegelscheiben, welche mit korrespondierenden Kegelflächen aufeinander zu ausgerichtet sind und relativ zueinander axial bewegbar sind. Die (erste) Kegelscheibe, auch als Losscheibe oder Wegscheibe bezeichnet, ist entlang Ihrer Wellenachse verlagerbar (axial verschiebbar) und die (zweite) Kegelscheibe, auch als Festscheibe bezeichnet, steht in Richtung der Wellenachse fest (axial fixiert).
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Im Betrieb des Umschlingungsgetriebes wird die Laschenkette infolge der Kegelflächen der Kegelscheiben mittels einer relativen Axialbewegung der Kegelscheiben eines Kegelscheibenpaars zwischen einer inneren Position (kleiner Wirkkreis) und einer äußeren Position (großer Wirkkreis) in einer (bezogen auf die jeweilige Wellenachse) radialen Richtung verlagert. Die Laschenkette läuft damit auf einem veränderbaren Wirkkreis, also mit veränderbarem Laufradius, ab. Dadurch ist eine unterschiedliche Drehzahlübersetzung und Drehmomentübersetzung von einem Kegelscheibenpaar auf das andere Kegelscheibenpaar, bevorzugt stufenlos, einstellbar.
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Mit der hier vorgeschlagenen Laschenkette ist axial-außen ein geringer Verschleiß ohne oder mit geringem Mehraufwand hinsichtlich des Material, also keiner oder einer geringen Zunahme der Masse, oder sogar einer verringerten Masse erzielbar. Damit ist eine längere Lebensdauer der Laschenkette und damit des Umschlingungsgetriebes erzielbar und/oder eine Laschenkette mit einer geringeren Masse einsetzbar.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Antriebsstrang vorgeschlagen, aufweisend zumindest eine Antriebsmaschine mit einer Maschinenwelle, zumindest einen Verbraucher und ein Umschlingungsgetriebe nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung,
wobei die Maschinenwelle zur Drehmomentübertragung mittels des Umschlingungsgetriebes mit dem zumindest einen Verbraucher mit, bevorzugt stufenlos, veränderbarer Übersetzung verbindbar ist.
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Der Antriebsstrang ist dazu eingerichtet, ein von einer Antriebsmaschine, zum Beispiel einer Verbrennungskraftmaschine und/oder einer elektrischen Antriebsmaschine, bereitgestelltes und über ihre Maschinenwelle, beispielsgemäß also die Verbrennerwelle und/oder die (elektrische) Rotorwelle, abgegebenes Drehmoment für eine Nutzung bedarfsgerecht zu übertragen, also unter Berücksichtigung der benötigten Drehzahl und des benötigten Drehmoments. Eine Nutzung ist beispielsweise ein elektrischer Generator zur Bereitstellung von elektrischer Energie. Um das Drehmoment gezielt und/oder mittels eines Schaltgetriebes mit unterschiedlichen Übersetzungen zu übertragen, ist die Verwendung des oben beschriebenen Umschlingungsgetriebes besonders vorteilhaft, weil eine große Übersetzungsspreizung auf geringem Raum erreichbar ist, sowie die Antriebsmaschine mit einem kleinen optimalen Drehzahlbereich betreibbar ist. Umgekehrt ist auch eine Aufnahme einer von zum Beispiel einem Vortriebsrad eingebrachten Trägheitsenergie mittels des Umschlingungsgetriebes auf einen elektrischen Generator zur Rekuperation, also der elektrischen Speicherung von Bremsenergie, mit einem entsprechend eingerichteten Drehmomentübertragungsstrang umsetzbar. Weiterhin sind in einer bevorzugten Ausführungsform eine Mehrzahl von Antriebsmaschinen vorgesehen, welche in Reihe oder parallel geschaltet beziehungsweise voneinander entkoppelt betreibbar sind und deren Drehmoment mittels eines Umschlingungsgetriebes gemäß der obigen Beschreibung bedarfsgerecht zur Verfügung gestellt werden kann. Ein Anwendungsbeispiel ist ein Hybridantrieb, umfassend eine elektrische Antriebsmaschine und eine Verbrennungskraftmaschine.
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Mit dem hier vorgeschlagenen Umschlingungsgetriebe und der vorteilhaften Laschenkette ist axial-außen ein geringer Verschleiß ohne oder mit geringem Mehraufwand hinsichtlich des Material, also keiner oder einer geringen Zunahme der Masse, oder sogar einer verringerten Masse erzielbar. Damit ist eine längere Lebensdauer der Laschenkette und damit des Umschlingungsgetriebes erzielbar und/oder eine Laschenkette mit einer geringeren Masse einsetzbar.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, wobei zumindest ein Vortriebsrad, welches mittels eines Antriebsstrangs nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs antreibbar ist.
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Die meisten Kraftfahrzeuge weisen heutzutage einen Frontantrieb auf und ordnen teilweise die Antriebsmaschine, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine und/oder eine elektrische Antriebsmaschine, vor der Fahrerkabine und quer zur Fahrzeug-Längsrichtung an. Der radiale Bauraum ist gerade bei einer solchen Anordnung besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, ein Umschlingungsgetriebe kleiner Baugröße zu verwenden. Ähnlich gestaltet sich der Einsatz eines Umschlingungsgetriebes in motorisierten Zweirädern, für welche im Vergleich zu vorbekannten Zweirädern stets gesteigerte Leistung bei gleichbleibendem Bauraum gefordert wird. Mit der Hybridisierung der Antriebsstränge verschärft sich diese Problemstellung.
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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. Ein vergleichbares Problem tritt bei den Hybrid-Fahrzeugen auf, bei welchen eine Mehrzahl von Antriebsmaschinen und Kupplungen in dem Antriebsstrang vorgesehen ist, sodass der Bauraum insgesamt gering ist.
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Mit dem hier vorgeschlagenen Antriebsstrang mit dem vorteilhaften Umschlingungsgetriebe ist eine längere Lebensdauer der Laschenkette und damit des Umschlingungsgetriebes erzielbar und/oder eine Laschenkette mit einer geringeren Masse einsetzbar.
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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 Ka+ oder Renault Clio. Bekannte Hybrid-Fahrzeuge sind BMW 330e oder der Toyota Yaris Hybrid. Als Mild-Hybride bekannt sind beispielsweise ein Audi A6 50 TFSI e oder ein BMW X2 xDrive25e.
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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: eine Lasche mit einem Führungsspalt in einer Schnittansicht;
- 2: ein Umschlingungsgetriebe mit einer Laschenkette in einer perspektivischen Ansicht; und
- 3: ein Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug mit einem Umschlingungsgetriebe.
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In 1 ist eine Lasche 4 mit einem Führungsspalt 17 in einer Schnittansicht dargestellt. Die Radialrichtung 10 verläuft darstellungsgemäß von unten nach oben, senkrecht zu der Radialrichtung 10 verläuft die Axialrichtung 40 in die Bildebene hinein. Senkrecht zu der Axialrichtung 40 und zu der Radialrichtung 10 verläuft die Kettenlaufrichtung 9 horizontal. In der Darstellung oben ist ein radial-äußerer Längsbügel 11 und unten ein radial-innerer Längsbügel 12 jeweils mit Haupterstreckung in Kettenlaufrichtung 9 vorgesehen. In der Darstellung links (hier als vorne bezeichnet) ist ein vorderer Seitenbügel 13 und rechts ein hinterer Seitenbügel 14 vorgesehen. Von den Bügeln ist ein Rahmen gebildet und innerhalb des Rahmens sind zwei Wiegedruckstückpaare 5 vorgesehen, wobei hier (rein der Übersichtlichkeit halber) nur das (hintere) Wiegedruckstückpaar 5 dargestellt ist. Links in der Darstellung ist das freie Wiegedruckstück 7 und rechts das feste Wiegedruckstück 6 dargestellt. Das feste Wiegedruckstück 6 liegt an dem hinteren Seitenbügel 14 an und das freie Wiegedruckstück 7 ist einzig mittels eines Führungshöckers 16 des radial-äußeren Längsbügels 11 in dieser Lasche 4 geführt.
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Zwischen dem festen Wiegedruckstück 6 und dem hinteren Seitenbügel 14 ist ein (rein optional Linsen-förmiger) Vorhaltespalt 22 gebildet. Dieser wird infolge der Verformung der Lasche 4 unter der Reckkraft 18 nicht vollständig geschlossen. Folgendes gilt für das feste Wiegedruckstück 6 vor dem Recken. Es steht radial-außen allein im Übergang 41 zwischen dem (hinteren) Seitenbügel 14 und dem radial-äußeren Längsbügel 11 über einen Winkelbereich 20 von hier etwa 30° in Kontakt. Die Kontaktfläche 19 (zweifach-gepunktet gestrichelte Linie) beginnt bezogen auf die zu der Kettenlaufrichtung 9 parallelen Grundlinie 42 und ist radial-auswärts drehend definiert (hier gegen den Uhrzeigersinn, bei dem gegenüberliegenden nicht gezeigten festen Wiegedruckstück entgegengesetzt) hier bei einem inneren Winkel 24 von etwa 45° und endet bei einem äußeren Winkel 25 bei etwa 75°. Näherungsweise liegt der mittlere Winkel 26 und damit die Ausrichtung der (radial-äußeren) Druckkraft 15 bei etwa 60°. Das ist zudem die Flächennormale 23 zu der korrespondierenden Tangente in diesem (mittleren) Kontaktpunkt der Kontaktfläche 19.
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Im Vergleich dazu ist eine konventionelle Lage und Ausrichtung eines Linienkontakts 43 dargestellt, wobei der konventionelle Winkel 44 hier etwa 7° beträgt. Im Vergleich zu der konventionellen Ausführungsform ist der Radialanteil 45 der radial-äußeren Druckkraft 15 erheblich vergrößert. Das Einschnüren zumindest des radial-äußeren Längsbügels 11 ist damit reduziert. Der Effekt des Eindrückens des festen Wiegedruckstücks 6 in die Lasche 4 dominiert und das Führungsspiel wird beim Recken vergrößert.
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Die Lasche 4 ist in einer Überlagerung dargestellt, wobei die Form der Lasche 4 vor dem Recken (durchgezogene Linie) mit der Form der Lasche 4 nach dem Recken (gestrichelte Linie) dargestellt sind. Die Reckkraft 18 wird (etwa) entlang der Kettenmittelebene 21 als Zugkraft 8 übertragen, welche zwischen dem festen Wiegedruckstück 6 und dem hinteren Seitenbügel 14 in einer Druckkraft 15 resultiert. Weiterhin resultiert die Reckkraft 18 in einem Einschnüren zumindest des radial-äußeren Längsbügels 11, was mit der (hier für die bessere Verständlichkeit übertrieben dargestellten) Einschnürlinie 46 angedeutet ist.
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In 2 ist ein Umschlingungsgetriebe 3 mit einer Laschenkette 1 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Die Laschenkette 1 ist drehmomentübertragend mit einem ersten Kegelscheibenpaar 29 und mit einem zweiten Kegelscheibenpaar 30 verbunden. Das erste Kegelscheibenpaar 29 ist mit einer Getriebeeingangswelle 28 verbunden und um eine eingangsseitige Rotationsachse 47 rotierbar drehmomentübertragend verbunden. Das zweite Kegelscheibenpaar 30 ist mit einer Getriebeausgangswelle 31 verbunden und um eine ausgangsseitige Rotationsachse 48 rotierbar drehmomentübertragend verbunden. Beide Kegelscheibenpaare 29,30 umfassen jeweils eine Festscheibe und eine Losscheibe, deren Abstand 32 unter Einhaltung einer konstanten Kettenlänge derart regelbar ist, dass die Wirkkreise für die Drehmomentübertragung mittels der Laschenkette 1 einander entgegengesetzt vergrößert und verkleinert werden. Die Laschenkette 1 läuft im Betrieb (also bei Rotation der Kegelscheibenpaare 29,30) entlang einer Laufrichtung, welche einer Richtung der Kettenlaufrichtung 9 entspricht. Senkrecht zur Kettenlaufrichtung 9 verläuft die Radialrichtung 10 vom Inneren der Laschenkette 1 nach außen. Senkrecht zur Radialrichtung 10 und senkrecht zur Kettenlaufrichtung 9 verläuft die Axialrichtung 40. Die Laschenkette 1 weist eine Kettenbreite 2 parallel zu der Axialrichtung 40 auf, welche mittels des regelbaren axialen Abstands 32, an den Kegelscheibenpaaren 29,30, zu einem resultierenden Wirkkreis an dem jeweiligen Kegelscheibenpaaren 29,30 führt. Damit ist eine (stufenlose) Übersetzung mittels des Umschlingungsgetriebes 3 von der Getriebeeingangswelle 28 und der Getriebeausgangswelle 31, mit einer ausgangsseitigen Rotationsachse 48 eingestellt.
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In 3 ist ein Antriebsstrang 27 in einem Kraftfahrzeug 39 mit einem Umschlingungsgetriebe 3 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 39 weist eine Längsachse 49 und eine Motorachse 50 auf, wobei die Motorachse 50 vor der Fahrerkabine 51 angeordnet ist. Der Antriebsstrang 27 umfasst eine erste Antriebsmaschine 33, welche vorzugsweise als Verbrennungskraftmaschine 33 ausgeführt ist, und über eine dann beispielsweise Verbrennerwelle 35 eingangsseitig mit dem Umschlingungsgetriebe 3 Drehmoment-übertragend verbunden ist. Eine zweite Antriebsmaschine 34, welche vorzugsweise als elektrische Antriebsmaschine 34 ausgeführt ist, ist ebenfalls über eine dann beispielsweise Rotorwelle 36 mit dem Umschlingungsgetriebe 3 Drehmoment-übertragend verbunden. Mittels der Antriebsmaschinen 33,34 beziehungsweise über deren Maschinenwellen 35,36 wird gleichzeitig oder zu unterschiedlichen Zeiten ein Drehmoment für den Antriebsstrang 27 abgegeben. Es ist aber auch ein Drehmoment aufnehmbar, beispielsweise mittels der Verbrennungskraftmaschine 33 zum Motorbremsen und/oder mittels der elektrischen Antriebsmaschine 34 zur Rekuperation von Bremsenergie. Ausgangsseitig ist das Umschlingungsgetriebe 3 mit einem rein schematisch dargestellten Abtrieb verbunden, sodass hier ein linkes Vortriebsrad 37 und ein rechtes Vortriebsrad 38 mit einem Drehmoment von den Antriebsmaschine 33,34 mit veränderbarer Übersetzung versorgbar sind.
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Mit der hier vorgeschlagenen Laschenkette ist eine längere Lebensdauer der Laschenkette erzielbar und/oder eine Laschenkette mit einer geringeren Masse einsetzbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Laschenkette
- 2
- Kettenbreite
- 3
- Umschlingungsgetriebe
- 4
- Lasche
- 5
- Wiegedruckstückpaar
- 6
- festes Wiegedruckstück
- 7
- freies Wiegedruckstück
- 8
- Zugkraft
- 9
- Kettenlaufrichtung
- 10
- Radialrichtung
- 11
- radial-äußerer Längsbügel
- 12
- radial-innerer Längsbügel
- 13
- vorderer Seitenbügel
- 14
- hinterer Seitenbügel
- 15
- radial-äußere Druckkraft
- 16
- Führungshöcker
- 17
- Führungsspalt
- 18
- Reckkraft
- 19
- Kontaktfläche
- 20
- Winkelbereich
- 21
- Kettenmittelebene
- 22
- Vorhaltespalt
- 23
- Flächennormale
- 24
- innerer Winkel
- 25
- äußerer Winkel
- 26
- mittlerer Winkel
- 27
- Antriebsstrang
- 28
- Getriebeeingangswelle
- 29
- erstes Kegelscheibenpaar
- 30
- zweites Kegelscheibenpaar
- 31
- Getriebeausgangswelle
- 32
- Abstand der Kegelscheiben
- 33
- Verbrennungskraftmaschine
- 34
- elektrischen Antriebsmaschine
- 35
- Verbrennerwelle
- 36
- Rotorwelle
- 37
- linkes Vortriebsrad
- 38
- rechtes Vortriebsrad
- 39
- Kraftfahrzeug
- 40
- Axialrichtung
- 41
- Übergang
- 42
- Grundlinie
- 43
- Linienkontakt
- 44
- konventioneller Winkel
- 45
- Radialanteil
- 46
- Einschnürlinie
- 47
- eingangsseitige Rotationsachse
- 48
- ausgangsseitige Rotationsachse
- 49
- Längsachse
- 50
- Motorachse
- 51
- Fahrerkabine
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10017005 A1 [0002]
- WO 2001/38755 A1 [0002]
- WO 2013/135483 A1 [0002]
- WO 2016/095913 A1 [0002]
