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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Riemenscheibe mit modularem
Aufbau, insbesondere für
ein stufenlos verstellbares Getriebe, mit zumindest zwei Scheiben
auf einer Scheibenwelle und/oder auf einer Hülse auf der Scheibenwelle,
wobei zumindest eine Scheibe in axialer Richtung mit Hilfe einer
Betätigungseinrichtung
verlagerbar ist, die zumindest einen Kolben und zumindest einen
Zylinder aufweist, wobei der Zylinder an der verlagerbaren Scheibe
fixiert ist und mit einem sich in axialer Richtung erstreckenden
Zylinderabschnitt und einem sich in radialer Richtung nach innen
erstreckenden Zylinderabschnitt versehen ist, der gegen einen Scheibenabschnitt
der einstellbaren Scheibe anstößt und mit
dieser verbunden ist.
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Eine
derartige Riemenscheibe ist in der DE-A-36 38 512 beschrieben und
wird insbesondere bei stufenlos verstellbaren Getrieben verwendet, speziell
bei Motorfahrzeugen. Bei einem stufenlos verstellbaren Getriebe
werden stets zwei Riemenscheiben eingesetzt, mit einem Antriebsgurt
zwischen den Scheiben der beiden Riemenscheiben. Durch eine relative
Verlagerung der beiden Scheiben der Riemenscheibe, bei beiden Riemenscheiben gleichzeitig,
kann die radiale Position des Antriebsgurts zwischen den Riemenscheiben
und auf diese Weise das Übersetzungsverhältnis eingestellt
werden.
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Der
Zylinder ist an der Scheibe der Riemenscheibe dadurch fixiert, daß der sich
in radialer Richtung nach innen erstreckende Abschnitt des genannten
Zylinders an eine Stufe auf der Scheibenoberfläche angepasst ist und gegen
diese anliegt.
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Die
verbindenden Teile der Scheibe und des Zylinders müssen gegenseitig
in Bezug auf ihre Größe angepasst
werden, was bedeutet, daß bei
Scheiben mit unterschiedlichen Abmessungen Zylinder mit entsprechenden
Abmessungen erforderlich sind. Darüber hinaus ist die verbindende
Struktur zwischen Scheibe und Zylinder beim Betrieb nach außen gerichteten
Kräften
unterworfen, aufgrund der Zentrifugalkraft und des innerhalb des
Zylinders vorherrschenden Drucks. Dies kann zu einer Leckage führen.
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Aus
der EP-A-462637 ist eine Riemenscheibe bekannt, bei der die Oberflächen der
Riemenscheibe, die mit einem Gurt zusammenwirken, durch dünnwandige
Lageroberflächen
gebildet sind, die an den Riemenscheiben mit Hilfe einer geeigneten
Klebstoffschicht fixiert sind.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile zu überwinden.
Die Riemenscheibe gemäß der Erfindung
zeichnet sich durch die Merkmale aus, die in Anspruch 1 festgelegt
sind. Die Riemenscheibe hat den Vorteil, daß die einstellbare Scheibe
und der Zylinder als separate Komponenten hergestellt werden können, die
jeweils an ihre entsprechenden Funktionen speziell angepasst sind.
Außerdem
stellt der sich in radialer Richtung nach innen erstreckende Zylinderabschnitt
eine relativ große
Oberflächenzone zur
Verfügung,
um den Zylinder mit der Scheibe zu verbinden, so daß auf diese
Weise die Spannungen in der Verbindung zwischen dem Zylinder und
der Scheibe während
des Betriebs der Riemenscheibe reduziert werden. Außerdem drückt während des
Betriebs der hydraulische Druck, der in dem Zylinder auftritt, den
genannten in Radialrichtung innenliegenden Zylinderabschnitt in
Richtung auf die einstellbare Scheibe, so daß auf diese Weise die Verbindung
verstärkt
wird und eine Leckage von Hydraulikfluid aus dem Zylinder in effektiver
Weise verhindert wird.
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Gemäß der Erfindung
kann die einstellbare Scheibe der Riemenscheibe mit einer Stufe
auf ihrer Oberfläche
versehen sein, vorzugsweise zum Zusammenwirken mit einer endseitigen
Oberfläche
auf dem sich in radialer Richtung erstreckenden Zylinderabschnitt.
Die Stufe ist bevorzugt so vorgesehen, daß während der Herstellung die einstellbare
Scheibe und der Zylinder leicht miteinander ausgerichtet werden
können.
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Vorzugsweise
ist die Klebeverbindung sowohl stabil als auch elastisch, damit
sie einer Verformung widerstehen kann. Vor dem Hintergrund von dimensionsmäßigen Toleranzen
ist die Klebeverbindung vorzugsweise nicht dicker als höchstens
10 μm. Um
bspw. den Eintritt von Öl
zu verhindern, kann die Klebeschicht gegen die Umgebung abgedichtet
sein, bspw. mit Hilfe einer Silikondichtung.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf eine Zeichnung weiter
erläutert.
In der Zeichnung zeigt:
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1 in schematischer Weise
ein stufenlos verstellbares Getriebe mit Riemenscheiben gemäß dem Stand
der Technik; und
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2 in schematischer Weise
eine modulare Riemenscheibe nach der Erfindung.
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Das
stufenlos verstellbare Getriebe 1, das schematisch in 1 dargestellt ist, ist innerhalb
des Getriebegehäuses 11 mit
zwei Riemenscheiben 3, 7 gemäß dem Stand der Technik versehen.
Die Riemenscheiben 3 und 7 weisen jeweils zwei
Scheiben 4, 5 und 8, 9 auf,
die auf einer primären
Riemenscheibenwelle 2 und auf einer sekundären Riemenscheibenwelle 6 gehalten
sind. Die Scheiben 5 und 8 sind in axialer Richtung
verlagerbar, wobei als Ergebnis davon die radiale Position des Antriebsgurts 10 zwischen
den Riemenscheiben 3 und 7 verändert werden kann und das Übersetzungsverhältnis eingestellt werden
kann.
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Die
in axialer Richtung verlagerbaren Scheiben 5 und 8 sind
mit einer Betätigungseinrichtung
in Form von Kolben- und Zylinderanordnungen versehen. Die Kolben-/Zylinderanordnung
für die
Scheibe 8 besteht aus einer einzelnen Kolben-/Zylinderanordnung 26, 27,
und die für
die Scheibe 5 besteht aus einer doppelten Kolben-/Zylinderanordnung.
Die doppelte Kolben-/Zylinderanordnung
weist zwei Zylinderkammern 13, 14 auf. Die Zylinderkammer 13 ist durch
den Zylinder 19, den Kolben 18, die radiale Wand 24 und
die Welle 2 eingeschlossen. Die Zylinderkammer 14 ist
durch den Zylinder 21, den Kolben 17, die Scheibe 5 und
die Hülse 20 der
Riemenscheibe 2, mit der die Scheibe 5 fest verbunden
ist, umschlossen. Fluid kann durch die Öffnungen 15 und 16 zu
den Zylinderkammern 13 und 14 zugeführt bzw. aus
diesen abgeführt
werden, so daß die
Scheibe zusammen mit der Hülse 20 über die
Riemenscheibenwelle 2 bewegt wird.
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Die
Riemenscheiben 3 und 7 mit den Scheiben 4, 5 und 8, 9,
die Riemenscheiben 2 und 6 und die Hülsen 20 und 25 müssen eine
große
Anzahl von Neben- bzw. Unterfunktionen ausführen, unter denen die folgenden
im einzelnen zu nennen sind:
- – Führen des
Antriebsgurts,
- – Übertragen
von Drehmoment zwischen dem Antriebsgurt und den Scheiben,
- – Übertragen
eines Anpressdrucks auf den Antriebsgurt,
- – Führen der
verlagerbaren Scheiben,
- – Übertragen
von Drehmoment zwischen den Scheiben und der Riemenscheibenwelle,
- – Kuppeln
der Riemenscheibenwelle mit dem Antriebsstrang in Richtung zu einem
Motor oder in Richtung zu den Rädern
des Motorfahrzeugs, und
- – Hindurchführen von
Fluid für
die unterschiedlichen hydraulischen Funktionen innerhalb des Getriebes.
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Bei
den Riemenscheiben nach dem Stand der Technik bilden die Scheiben 4 und 9 mit
der Riemenscheibenwelle 2 und 6 ein Ganzes, und
die Scheiben 5 und 8 bilden mit der Hülse 20 und 25 jeweils
ein Ganzes. Dies hat den Nachteil, daß die unterschiedlichen Unterfunktionen
innerhalb einer Komponente ausgeführt werden müssen, nämlich der
Wellen/Scheibenkomponente oder der Hülsen/Scheibenkomponente. Vor
diesem Hintergrund kann die Auslegung, das Material, die Wärmebehandlung
und die Art der Oberfläche
niemals ein Optimum für
sämtliche
Unterfunktionen sein. Häufig sind
die Wellen/Scheiben- und die Scheiben/Hülsen-Komponenten geschmiedet.
Vom Standpunkt des Schmiedens aus gesehen ist dies ziemlich komplex
und kostenaufwendig aufgrund der flachen Scheibe mit der dünnen, langen
Welle. Darüber
hinaus müssen
vollständig
neu geschmiedete Komponenten hergestellt werden, jedes Mal, wenn
unterschiedliche Ausführungsformen
hergestellt werden, bspw. im Hinblick auf die Dicke und den Außendurchmesser
der Scheibe. Außerdem
muß im
Falle einer Beschädigung
an der Scheibe oder der Welle die komplette Komponente ausgetauscht
werden.
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Nach
dem Stand der Technik sind die Zylinder 21 und 27 mit
Hilfe einer genieteten Verbindung mit der auswechselbaren Scheibe 5 und
mit Hilfe einer geschraubten Verbindung mit der auswechselbaren
Scheibe 8 fest verbunden. Die Position der genieteten Verbindung 28 und
der geschraubten Verbindung 29 kann nur verändert werden,
indem die Riemenscheibenwellen/Scheiben- oder die Hülsen/Scheiben-Komponente
ausgetauscht wird. Dies ist relativ komplex und kostenaufwendig,
und daher sind Veränderungen
in der Konstruktion, die an sich wünschenswert wären, kostenaufwendig
oder werden vermieden.
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Die
Riemenscheibe nach der vorliegenden Erfindung, die in 2 dargestellt ist, ist vollständig modular
aufgebaut. Die Scheibe 30 wird als eine separate Komponente
an der Riemenscheibenwelle 38 fixiert, sowohl durch eine
nicht zwangsläufige
bzw. nicht formschlüssige
als auch durch eine zwangsläufige
bzw. formschlüssige
Verbindung. Die nicht zwangsläufige
Verbindung ist eine Klebeverbindung, und die zwangsläufige Verbindung
wird durch die erhabene Kante 33 zwischen den Seiten 31 und 32 der Riemenscheibenwelle 38 gebildet.
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Die
Scheibe 34 ist ebenfalls als eine separate Komponente an
der Hülse 39 durch
sowohl eine nicht zwangsläufige
als auch durch eine zwangsläufige
Verbindung fixiert. Die nicht zwangs läufige Verbindung ist wiederum
eine Klebeverbindung, und die zwangsläufige Verbindung wird durch
die erhabene Kante 37 zwischen den Seiten 35 und 36 der
Hülse 39 gebildet.
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Die
beiden Scheiben 30, 34 sind mit Kontaktoberflächen 40 zum
Kontakt mit einem Antriebsgurt, der in der Riemenscheibe aufzunehmen
ist, versehen, wobei die Kontaktoberflächen individuell an den Scheiben
fixiert sind und in diesem Fall mit den Scheiben verklebt sind.
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Zwei
einzeln fixierte Kontaktringe 41 und 42 sind auf
der Riemenscheibenwelle 38 fixiert, in diesem Falle durch
eine Presspassungsverbindung, so daß bei einer Verlagerung die
in axialer Richtung verlagerbare Scheibe 34 über die
Kontaktoberflächen 41 und 42 gleitet
und nicht über
die Welle 38.
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Die
Riemenscheibe ist mit einer doppelten Kolben-/Zylinderanordnung 43, 44, 45, 46 versehen. Der
Zylinder 43 ist individuell mit der Scheibe 34 mit Hilfe
einer Klebeverbindung verbunden. Der Zylinder 45 ist individuell
mit Hilfe einer Klebeverbindung 48 auf der Riemenscheibenwelle 38 fixiert
und ist teilweise durch die Lagerung 49 umgeben. Die Scheibe 34 und
die Riemenscheibenwelle 38 sind mit Hilfe einer mit Zähnen oder
Keilnuten ausgebildeten Verbindung 50 zwischen den Zylindern 43 und 45 dagegen gesichert,
daß sie
sich gegeneinander verdrehen.
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Die
Klebeverbindungen sind in bevorzugter Weise stabil und elastisch,
so daß sie
in der Lage sind, sowohl die Kräfte
bzw. das Drehmoment als auch die Verformung aufnehmen zu können. In
einer Anzahl von Stellen, insb. dort, wo die dimensionsmäßige Genauigkeit
groß sein
muß, ist
es wünschenswert,
die Klebeverbindung so dünn
wie möglich
zu halten, bevorzugt nicht dicker als 10 μm. Um Einflüsse der Umgebung auf die Klebeverbindung
fernzuhalten, kann die Klebeverbindung abgedichtet werden, vorzugsweise
mit Hilfe einer Silikondichtung. Zusätzlich zu den hier beschriebenen
Verbindungen sind noch weitere Verbindungen an den unterschiedlichen
Stellen denkbar.
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Als
Ergebnis dieses modularen Aufbaus können die unterschiedlichen
Teile auf eine optimale Weise ausgelegt werden, und die am besten
geeigneten Materialien, Wärmebehandlungen
oder Oberflächenbehandlungen
können
ebenfalls verwendet werden. Die Riemenscheibe und deren Herstellungsweise
sind daher weniger komplex und weniger kostenaufwendig.
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Die
Riemenscheibenwelle 38 kann zum Übertragen von Drehmoment und
zum Durchleiten von Fluid, bspw. durch die Öffnungen 51, 52 und 53, optimiert
werden. Die Oberfläche
der Riemenscheibenwelle 38 muß nicht mehr dafür vorbereitet
werden, um die in axialer Richtung verlagerbare Scheibe 34 zu
führen,
da dies durch die Kontaktringe 41 und 42 erfolgt.
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Da
die Scheiben 30 und 34 nicht mehr ein Ganzes mit
der Riemenscheibenwelle 38 bzw. der Hülse 39 bilden, können die
Scheiben zum Übertragen
von Drehmoment und zum Bereitstellen der Kontaktkraft für den Antriebsgurt
optimiert werden. Dies wird darüber
hinaus noch weiterhin durch die Verwendung der Kontaktoberflächen 40 intensiviert,
die den Kontakt und insbesondere den Reibkontakt mit dem Gurt optimieren,
als Ergebnis einer geeigneten Auswahl von Material und der Art der
Oberfläche
für die
Kontaktoberflächen.
Das Gleiche gilt auch im Hinblick auf die Hülse 39, die die andere
Seite des Kontakts bildet. Die Riemenscheibe kann darüber hinaus einfacher
ausgelegt und hergestellt werden, da der Zylinder mit einer Seitenfläche der
Riemenscheibe lediglich verklebt ist, wobei für diesen Zweck eine Stirnfläche 47,
die wahlweise mit einer Stufe 54 versehen sein kann, bereits
geeignet ist. Genietete Verbindungen oder gebohrte Löcher sind überflüssig. Darüber hinaus
kann die Scheibe dann für
mehrere Ausführungsformen
verwendet werden, ohne daß dies
die Notwendigkeit von Veränderungen
an der Konstruktion nach sich zieht. Die Scheiben 30, 34 und
die Riemenscheibenwelle 33 können auch einzeln ausgetauscht
werden, wenn bei einem der beiden eine Beschädigung auftritt. Dies bringt
zusätzlich die
Möglichkeit
mit sich, daß die
Riemenscheibenwellen und Scheiben in unterschiedlichen Kombinationen
verwendet werden, bspw. die gleiche Riemenscheibenwelle für Scheiben
von unterschiedlicher Dicke oder unterschiedlichen Außendurchmessern.
Es ist klar, daß die
Einzelherstellung der Riemenscheibenwellen und Scheiben weniger
kompliziert und daher weniger kostenaufwendig ist.
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Die Übertragung
von Drehmoment von der Scheibe 34 zu der Riemenscheibenwelle
wird über die
gezahnte Verbindung 50 zwischen den Zylindern 43 und 45 ausgeführt. Da
der Zylinder 45 mit der Riemenscheibenwelle 38 verklebt
ist, besteht eine größere Freiheit
in der Auslegung, und die Positionierung der Lagerung 49 teilweise
um den Zylinder 45 herum bringt nicht nur mehr Stabilität für die Verbindung
zwischen den Zylinder 45 und der Riemenscheibenwelle 38,
sondern führt
auch zu einer kompakteren Auslegung.