CVT-Getriebe

Die Erfindung betrifft eine Kegelscheibenanordnung für ein Kegelscheiben-CVT-Getriebe und ein Kegelscheiben-CVT-Getriebe als stufenlos verstellbares Getriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.

Ein Kegelscheiben-CVT-Getriebe weist jeweils auf einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle des Getriebes ein Kegelscheibenpaar auf. Eine der Kegelscheiben des Paars ist drehfest und in axialer Richtung der Welle lagefest auf der Welle gehalten bzw. befestigt, während die andere Kegelscheibe in axialer Richtung relativ zu der ersten Kegelscheibe verstellbar ist. Die Kegelscheiben definieren somit einen bezüglich seiner Breite in axialer Richtung veränderbaren Ring zwischen ihnen, der aufgrund der Konusform der Kegelscheiben, insbesondere deren einander zugewandter Flächen, sich in radialer Richtung nach außen aufweitet. In diesen Ring, d.h. den Bereich zwischen den beiden Kegelscheiben, ist ein Umschlingungsmittel eingebracht, das eine Leistungsübertragungsverbindung zwischen dem Kegelscheibenpaar der Antriebsseite und dem Kegelscheibenpaar der Abtriebsseite herstellt. Je nach aktueller Breite des Ringspalts, in dem sich das Umschlingungsmittel befindet, ist das Umschlingungsmittel an einer der Wellen radial weiter innen bzw. weiter außen in Anlage. Die radiale Position des Umschlingungsmittels auf der Antriebsseite bzw. der Abtriebsseite wird durch Verändern der Abstände der Kegelscheiben der Kegelscheibenpaare auf der Antriebsseite bzw. Abtriebsseite gegenläufig zueinander verstellt. Dadurch wird die Übersetzung des Kegelschei- ben-CVT-Getriebes verändert und eingestellt. Durch eine Anpresskraft, die auf die verstellbare Kegelscheibe aufgebracht wird und auf das Umschlingungsmittel übertragen wird, wird das Umschlingungsmittel so gehalten, dass es sich im Wesentlichen ungewollt in radialer Richtung nicht verschiebt und somit zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle eine Kraft übertragen kann.

Als Verstellmechanismus für die bewegliche Kegelscheibe kommt beispielsweise ein hydraulischer Verstellmechanismus in Betracht, bei dem die verstellbare Kegelscheibe auf der der festen Kegelscheibe abgewandten Seite von einer abstützenden Zylinderwand umgriffen ist und damit derart dichtend, aber relativ verschiebbar, verbunden ist, dass in einen Raum zwischen der abstützenden Zylinderwand und der verstellbaren Kegelscheibe Hydraulikfluid zu- und abgeführt werden kann und damit einerseits die Verstellung der Kegelscheibe bewirkt werden kann und andererseits die nötige Anpresskraft auf das Umschlingungsmittel in axialer Richtung vorgesehen werden kann. Die abstützende Zylinderwand ist in axialer Richtung fest auf der zugehörigen Welle vorgesehen.

Die in axialer Richtung festgelegten Bauteile, nämlich die erste, in axialer Richtung festgelegte Kegelscheibe und eine abstützende Zylinderwand, werden herkömmlicherweise unter Verwendung von Wellenabsätzen in axialer Richtung gegen die Anpresskraft lagefest gehalten. Dazu sind an der Welle entsprechende Absätze vorgesehen, gegen die ein in radialer Richtung innenliegender Bereich der festen Kegelscheibe bzw. der Zylinderabstützwand stößt und anliegt, wobei die Anpresskraft derart wirkt, dass sie die Kegelscheibe bzw. die Zylinderabstützwand weiter gegen den Wellenabsatz drückt. Eine solche Anordnung ist beispielsweise in den Dokumenten US 6,506,136 B2 und EP 0 777 069 B1 gezeigt.

Die Welle muss im Bereich des Wellenabsatzes sehr massiv ausgeführt werden, damit sie eine ausreichende Festigkeit aufweist, da der Wellenabsatz, speziell dessen Eckbereich, durch die wirkenden Anpresskräfte sehr hoch belastet wird. Außerdem bringt das Ausbilden von Wellenabsätzen oftmals Kerbstellen mit sich, um diese herstellen zu können, die sich wiederum nachteilig auf die Festigkeit der Welle auswirken.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Kegelscheibenanordnung für ein stufenlos verstellbares Kegelscheibengetriebe zu schaffen, bei der die Lagerung der in axialer Richtung lagefest gehaltenen Elemente auf der Welle keine oder nur geringe Nachteile bezüglich der Festigkeit der Welle mit sich bringt. Außerdem soll ein entsprechendes Kegelscheiben- CVT-Getriebe vorgesehen werden.

Diese Aufgabe wird mit einer Kegelscheibenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein Kegelscheiben-CVT-Getriebe ist in Anspruch 12 angegeben. Bevorzugte Ausführungsformen sind durch die abhängigen Ansprüche definiert.

Die vorgeschlagene Anordnung ist gleichermaßen für die Anordnung des Kegelscheibenpaars auf der Antriebswelle als auch der Abtriebswelle geeignet.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die feste Kegelscheibe und nach Bedarf eine Zylinderabstützwand durch einen Presssitz auf der Welle zu lagern. Für die Kegelscheibe bietet sich ein kegeliger Presssitz an, um die hohen erforderlichen Anpresskräfte abstützen zu können. Die abstützende Zylinderwand kann entweder durch einen Presssitz oder einen Übergangssitz zwischen Zylinderflächen bei Fertigung mit entsprechender Toleranz oder durch eine andere geeignete Befestigung erzielt werden. Dadurch muss in der Welle kein gestufter Bereich mit stufenartigen Übergängen von Bereichen großen Durchmessers und Bereichen kleinen Durchmessers vorgesehen werden. Vielmehr reicht es aus, die Welle bereichsweise konisch mit verhältnismäßig kleinem Kegelwinkel auszubilden, so dass keine scharfkantigen Übergänge und keine abrupten Durchmesseränderungen erforderlich sind. Auch ist die Kegelscheibe nicht in Anlage gegen eine Stirnfläche, die bezüglich der Welle einen größeren Durchmessers hat und zum Aufnehmen der Anpresskräfte ausgebildet sein muss.

So beinhaltet eine Kegelscheibenanordnung für ein stufenlos verstellbares Kegelscheibengetriebe eine Welle und ein auf der Welle gelagertes Kegelscheibenpaar mit einer ersten Kegelscheibe und einer zweiten Kegelscheibe, die der ersten Kegelscheibe in axialer Richtung der Welle gegenüberliegt. Die erste Kegelscheibe ist auf der Welle dreh- und in axialer Richtung lagefest befestigt, während die zweite Kegelscheibe verschiebbar zur ersten Kegelscheibe in axialer Richtung auf der Welle gelagert ist. Die erste Kegelscheibe ist auf der Welle durch einen kegeligen Presssitz gehalten.

Dadurch ist es möglich, einen Wellenabsatz im Bereich der Befestigung der ersten Kegelscheibe zu vermeiden, so dass an der Welle keine Kerbwirkung oder eine andere Schwächung entsteht. Vielmehr reicht es aus, wenn die einander zugewandten Oberflächen, d.h. die Innenumfangsoberfläche der Kegelscheibe und die darauf gerichtete Außenumfangsfläche der Welle, zumindest bereichsweise so geformt sind, dass sie einen Kegelwinkel miteinander einschließen, der einen Presssitz der Kegelscheibe auf der Welle ermöglicht.

Dazu ist der Kegelwinkel vorzugsweise so gewählt, dass eine Selbsthemmung im Presssitzbereich entsteht. Dadurch kann ein sicherer Sitz der Kegelscheibe auf der Welle gewährleistet werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform schließt der Kegelwinkel zwischen der Innenum- fangsfläche und der Außenumfangsfläche vorzugsweise einen Winkel von 3 bis 5 Grad ein. Beide Flächen können kegelig mit jeweils unterschiedlichen Kegelwinkeln sein, so dass sich vorzugsweise zwischen den beiden Flächen ein Kegelwinkel im bevorzugten Bereich von 3 bis 5 Grad ergibt. Im eingebauten, verpressten Zustand stellen sich gleiche Winkel ein. - A -

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Aufpresskraft zwischen der Kegelscheibe und der Welle bei der Montage mindestens so groß wie die im Betrieb maximale auftretende Anpresskraft auf das Umschlingungsmittel, wodurch eine sichere Lage der Kegelscheibe in axialer Richtung bezüglich der Welle unabhängig vom Betriebszustand gewährleistet werden kann. Die Kegelscheibe kann also im Betrieb nicht mehr verschoben werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Innenumfangsfläche der ersten Kegelscheibe, die auf die Außenumfangsfläche der Welle gerichtet ist, neben dem Kegelscheibenpress- sitzbereich mit einem zylindrischen Zentrierbereich versehen, wobei der Außenumfangsflä- chenbereich der Welle ebenfalls einen zylindrischen Zentriersitz aufweist. Dadurch kann die Kegelscheibe in radialer Richtung zentriert auf der Welle sicher gehalten und aufgepresst werden.

Wenn ein solcher Zentrierbereich und Zentriersitz vorgesehen sind, weist vorzugsweise an der Kegelscheibe der Zentrierbereich einen kleineren Durchmesser auf als der konische Ke- gelscheibenpresssitz. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kegelscheibe weiter an ihrer Stirnseite, insbesondere der Stirnseite, auf der die Anpresskraft des Umschlingungs- mittels wirkt und somit auch die Aufpresskraft auf die Welle aufzubringen ist, d.h. vorzugsweise der der anderen, zweiten Kegelscheibe zugewandten Stirnseite, mit einem ebenen Flächenbereich versehen, der eine vorzugsweise im Wesentlichen zur Axialrichtung der Welle senkrechte Fläche bildet. Mit dieser ebenen Fläche kann die Kegelscheibe gut und zuverlässig auf die Welle aufgepresst werden.

Bei der Kegelscheibenanordnung ist vorzugsweise bei der zweiten Kegelscheibe, die in axialer Richtung verstellbar ist, eine Zylinderabstützwand vorgesehen, die die auf die zweite Kegelscheibe aufgebrachte Verstellkraft abstützt. Die Zylinderabstützwand ist somit ebenfalls in axialer Richtung fest auf der Welle gehalten.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zylinderabstützwand auf der Welle durch einen Presssitz gehalten, wobei vorzugsweise eine Pressung zwischen zwei auf Maß gefertigten Zylinderflächen mit kreiszylindrischem Querschnitt, erzielt wird.

Die Zylinderabstützwand kann weiter bevorzugt zusätzlich durch Schweißen oder beispielsweise einen geteilten Haltering oder ein anderes Befestigungsmittel auf der Welle gesichert werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient die Zylinderabstützwand zum Einstellen des Abstands zwischen den beiden Kegelscheiben. Im Grundzustand des Kegel- scheibenumschlingungsgetriebes muss nämlich ein definierter Abstand zwischen den Kegelscheiben vorhanden sein. Aufgrund der Pressverbindung mit kegeligem Sitz der axial festen Kegelscheibe ist deren axiale Position auf der Welle nicht genau definiert. Die Zylinderabstützwand und damit die axial bewegliche Kegelscheibe wird so auf die Welle aufgeschoben, dass der definierte Abstand in Grundstellung zwischen den beiden Kegelscheiben eingestellt ist. Anschließend wird die Zylinderabstützwand zumindest axial fixiert, falls ein eventuell vorgesehener Presssitz dafür nicht ausreicht.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, in denen:

Figur 1 einen Querschnitt entlang der Axialrichtung durch eine Kegelscheibenanordnung gemäß der Erfindung zeigt; und

Figur 2 eine Vergrößerung aus Figur 1 im Bereich X ist, wobei der Presssitzbereich zwischen der Kegelscheibe und der Welle dargestellt ist.

Figur 1 zeigt eine Kegelscheibenanordnung 10 gemäß der Erfindung. Dabei sind in Figur 1 zwei Ausführungsformen bezüglich der Befestigung einer Zylinderabstützwand 20 an einer Welle 12 dargestellt, die nachfolgend erläutert werden, wobei die eine Variante oberhalb der Wellenachse A gezeigt ist und die andere Variante unterhalb der Wellenachse A gezeigt ist.

Die Anordnung enthält neben der Welle 12 ein Kegelscheibenpaar 30 mit einer ersten Kegelscheibe 32 und einer zweiten Kegelscheibe 34. Die Kegelscheiben 32, 34 sind auf der Welle 12 drehfest angebracht. Die zweite Kegelscheibe 34 ist in axialer Richtung der Welle 12 bewegbar, die Kegelscheibe 32 ist in axialer Richtung der Welle 12 festgelegt. Jede der Kegelscheiben 32, 34 weist eine Stirnfläche 33, 35 auf, die auf die jeweils andere Kegelscheibe 34, 32 des Kegelscheibenpaars 30 gerichtet ist, wobei die Stirnflächen 33, 35 einen konischen Ring 36 zwischen ihnen definieren, in den ein (nicht dargestelltes) Umschlingungsmittel eingebracht werden kann. Dies bedeutet, dass der konische Ring 36, der als Zwischenraum zwischen den Kegelscheiben 34, 32 gebildet ist, sich in radialer Richtung nach außen aufweitet. Dazu sind die Kegelscheiben 32, 34 insgesamt kegelförmig mit einer (gedachten) Kegelspitze auf der Wellenachse A und einer Grundfläche, die eine der Stirnseiten der Kegelscheibe, nämlich die der jeweils anderen Kegelscheibe abgewandte Stirnseite, ist.

Die Breite b dieses Rings 36 zwischen den Kegelscheiben 32, 34 in axialer Richtung der Welle 12 ist durch Verstellen der verstellbaren, zweite Kegelscheibe 34 in axialer Richtung veränderbar, so dass sich der Abstand zur ersten Kegelscheibe 32 ändert. Durch Verändern des Abstands zwischen der ersten Kegelscheibe 32 und der zweiten Kegelscheibe 34 kann somit das (nicht dargestellte) Umschlingungsmittel, das eine festgelegte Länge in Axialrichtung der Welle 12 hat, auf unterschiedliche Durchmesser gezwungen werden und somit die Übersetzung eines Kegelscheibengetriebes verändert werden.

Zur Drehsicherung der verstellbaren zweiten Kegelscheibe 34 gegenüber der Welle 12 sind die Innenumfangsfläche der Kegelscheibe 34 und die dieser gegenüberliegende Außenum- fangsfläche der Welle 12 mit beispielsweise einer Keilverzahnung 14 versehen. Die Keilverzahnung 14 ermöglicht ein Verschieben der Kegelscheibe 34 in axialer Richtung, hält sie aber drehfest.

Der Verstellmechanismus für die verschiebbare Kegelscheibe 34 wird bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform durch einen Hydraulikmechanismus gebildet. Zum Verstellen der zweiten Kegelscheibe 34 in axialer Richtung wird Hydraulikfluid über eine Zuleitung 16, die durch entsprechende Bohrungen in der Welle 12 geformt ist und an die eine Hydraulikversorgung angeschlossen werden kann, nach Bedarf in eine Kammer 50 zu- bzw. abgeführt, die zwischen der verstellbaren Kegelscheibe 34 und einer Zylinderabstützwand 20, die die verstellbare Kegelscheibe 34 auf der der ersten Kegelscheibe 32 abgewandten Seite umgreift, gebildet ist. Die Kammer 50 ist zwischen der zweiten Kegelscheibe 34 und der Zylinderabstützwand 20 beispielsweise durch eine O-Ringdichtung 51 oder jede andere Art der Dichtung gedichtet. Entsprechende Dichtmittel können auch (nicht dargestellt) zwischen der zweiten Kegelscheibe 34 und der Welle 12 sowie zwischen der Zylinderabstützwand 20 und der Welle 12 nach Bedarf vorgesehen werden. Gerade zwischen der Zylinderabstützwand 20 und der Welle 12 hängt das Erfordernis einer Dichtung von der Befestigung der Zylinderabstützwand 20 auf der Welle 12 ab, was später beschrieben wird.

Wird Hydraulikfluid in die Kammer 50 zugeführt und in der Kammer 50 ein entsprechender Druck erzeugt, verschiebt sich die zweite Kegelscheibe 34 in Richtung nach rechts in Figur 1 , d.h. auf die erste Kegelscheibe 32 zu. Je nach Druck in der Kammer 50 wird ein größerer bzw. kleinerer Verstellweg der Kegelscheibe 34 hervorgerufen und die Anpresskraft der Kegelscheibe 34 auf das (nicht dargestellte) Umschlingungsmittel sowie des Umschlingungsmit- tels auf die erste Kegelscheibe 32 entsprechend eingestellt. Durch eine gegenläufige Betätigung und Verstellung der verstellbaren Kegelscheiben auf An- und Abtriebsseite kann somit das Umschlingungsmittel auf verschiedene Durchmesser der Kegelscheiben gezwungen werden, sowohl auf der Antriebs- als auch der Abtriebsseite, die aufeinander abgestimmt sind, und somit die Übersetzung des Getriebes eingestellt werden. Das Umschlingungsmittel wird dabei mit der Antriebskraft F in der in Fig. 1 dargestellten Richtung gegen die erste Kegelscheibe 32 gedrückt.

Die Zylinderabstützwand 20 ist auf der Welle 12 drehfest und in axialer Richtung festgelegt befestigt. Dazu sind in Figur 1 zwei Ausführungsformen gezeigt. Bei der ersten, in Figur 1 oben dargestellten Ausführungsform, ist die Zylinderabstützwand 20 auf die Welle 12 auf Maß aufgepresst, indem mit entsprechender Toleranz und Maßhaltigkeit die Zylinderabstützwand 20 mit einer kreiszylindrischen Innenfläche 22 und die Welle 12 mit einer zugehörigen maßhaltigen, ebenfalls kreiszylindrischen, Außenfläche 18 versehen sind. Die beiden Flächen werden aufeinander aufgepasst, so dass die Zylinderabstützwand 20 durch die Presspassung mittels Presssitz sicher gehalten wird. Zusätzlich kann, wie in der ersten Alternative in Figur 1 oben gezeigt ist, eine Schweißnaht 24 die Lage zwischen der Zylinderabstützwand 20 und der Welle 12 sichern. Die Verwendung einer Schweißnaht 24 ist des Weiteren dahingehend vorteilhaft, dass dann keine zusätzliche Abdichtung des Hydraulikraums 50 vorgesehen werden muss.

Bei der in Figur 1 unten dargestellten Alternative zur Befestigung der Zylinderabstützwand 20 auf der Welle 12 ist die Zylinderabstützwand 20 ebenfalls mit einer zylindrischen Innenfläche 22 als Passungsfläche versehen, die in Presspassung mit einer entsprechenden Außenfläche 18 der Welle 12 kommt. Zusätzlich wird die Zylinderabstützwand 20 in axialer Richtung durch einen geteilten Ring 26 gehalten.

Die Zylinderabstützwand 20 wurde bei der Montage soweit auf die Welle 12 in Richtung der fertig montierten Kegelscheibe 32 geschoben, dass der vorbestimmte Abstand zwischen den beiden Kegelscheibenstirnflächen 33, 35 in der Grundstellung des Getriebes eingestellt ist. Anschließend erfolgt bei Bedarf eine axiale Fixierung der Zylinderabstützwand. Die Befestigung zwischen der ersten Kegelscheibe 32 und der Welle 12 ist am besten Figur 2 mit der Detaildarstellung des Details X in Figur 1 zu entnehmen.

Um die Anpresskraft F, die auf die erste Kegelscheibe 32 wirkt, im Betrieb aufnehmen zu können, ist zwischen der ersten Kegelscheibe 32 und der Welle 12 ein kegeliger Presssitz 40 vorgesehen. Der kegelige Presssitz 40 ist durch einen Bereich der Innenumfangsfläche der Kegelscheibe 32 (Kegelscheibenpresssitzbereich 42) und einen diesem gegenüberliegenden Bereich der Außenumfangsfläche der Welle 12 (Wellenpresssitzbereich 43) geformt. Der Kegelscheibenpresssitzbereich 42 bzw. der Wellenpresssitzbereich 43 sind mit Passflächen versehen, die derart aufeinander abgestimmt sind, dass sie zueinander einen Kegelwinkel α von beispielsweise 3 bis 5 Grad bilden. Der Kegelwinkel α ist vorzugsweise derart gewählt, dass Selbsthemmung im Presssitzbereich entsteht.

In der dargestellten Ausführungsform ist dazu die Welle 12 mit einer sich konisch aufweitenden Umfangsfläche 44 versehen, die zugehörige Kegelscheibenpresssitzfläche 42 der ersten Kegelscheibe 32 ist ebenfalls konisch ausgebildet. Die Flächen 42, 43 sind ferner so gewählt, dass die Aufpresskraft, die in Richtung der Kraft F wirkt (siehe Figur 1), größer als die maximale Betriebskraft bzw. Anpresskraft des Umschlingungsmittels im Betrieb gewählt werden kann, so dass die auftretenden Betriebskräfte von der ersten Kegelscheibe 32 aufgenommen werden können. Im eingebauten Zustand sind die Winkel der Presssitzflächen 42, 43 jedenfalls gleich.

Neben dem kegeligen Presssitz 40 ist zwischen der ersten Kegelscheibe 32 und der Welle 12 weiter ein Zentrierbereich 70 geformt, der durch einen zylinderförmigen (kreiszylinderförmi- gen) Abschnitt der Außenumfangsfläche der Welle 12 als Zentriersitz 73 und einen kreiszylin- derförmigen Abschnitt der Innenumfangsfläche der ersten Kegelscheibe 32 als Zentrierbereich 72 gebildet ist. Durch die jeweils zylinderförmigen Zentrierflächen des Zentrierbereichs 72 und des Zentriersitzes 73 kann die erste Kegelscheibe 32 zentriert auf der Welle 12 gehalten werden. Zur Vermeidung von Kantenpressungen ist an der Innenumfangsfläche der ersten Kegelscheibe 32 im Bereich des Zentrierbereichs 72 eine Freistellung 74 geformt, angrenzend an die der zweiten Kegelscheibe 34 zugewandte Stirnfläche 33 der ersten Kegelscheibe 32.

Wie in Figur 2 gezeigt ist, ist femer auf der der zweiten Kegelscheibe 34 zugewandten Stirnfläche 33 der ersten Kegelscheibe 32 ein planer Flächenbereich 60 angrenzend an den In- nenumfang der Kegelscheibe 32 geformt. Dieser plane Flächenbereich 60 dient dazu, eine Fläche zum Aufpressen der Kegelscheibe 32 auf die Welle 12 bereitzustellen.

Bezuqszeichenliste

10 Kegelscheibenanordnung

12 Welle

14 Keilverzahnung

16 Zuleitung

18 Außenfläche

20 Zylinderabstützwand

22 Innenfläche

24 Schweißnaht

26 geteilter Ring

30 Kegelscheibenpaar

32 erste Kegelscheibe

33 Stirnfläche der ersten Kegelscheibe

34 zweite Kegelscheibe

35 Stirnfläche der zweiten Kegelscheibe

36 konischer Ring

40 Presssitz

42 Kegelscheibenpresssitzbereich

43 Wellenpresssitzbereich

44 Umfangsfläche

50 Kammer

51 O-Ringdichtung

60 planer Flächenbereich

70 Zentrierbereich

72 Zentrierbereich

73 Zentriersitz

74 Freistellung

A Wellenachse b Breite des Rings 36

F Antriebskraft α Kegelwinkel