Titel

CVT-Getriebe mit verbesserter Steuerbarkeit Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein CVT-Getriebe (stufenlos verstellbares Getriebe) mit einer deutlich verbesserten Steuerbarkeit und Regelbarkeit. CVT-Getriebe sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen

Ausgestaltungen bekannt. Aufgrund des kontinuierlich variablen Getriebes können bei Fahrzeugen jeweils geeignete Übersetzungsverhältnisse im Vergleich mit Getrieben mit festgelegten Gängen erreicht werden. Ein besonderes

Anwendungsgebiet derartiger CVT-Getriebe sind Kleinfahrzeuge, wie

beispielsweise Zweiräder, Dreiräder, sog. Tuk-Tuks, Schneemobile, Quads oder

Scooter. Bei derartigen CVT-Getrieben werden häufig Fliehkraftregler zur Verstellung einer Position eines Riemens an einem Kegelscheibenpaar verwendet. Abhängig von der Drehzahl verlagern Fliehkraftgewichte des

Fliehkraftreglers dabei ihre radiale Position, wodurch ein axialer Abstand zwischen zwei Kegelscheiben verändert wird und dadurch eine Übersetzung des

Getriebes verändert wird. Ein Nachteil derartiger Anordnungen ist es jedoch, dass kein gesteuerter bzw. geregelter Eingriff in die Getriebeübersetzung des CVT-Getriebes möglich ist. Dadurch werden die CVT-Getriebe mit

Fliehkraftregler im Stand der Technik üblicherweise nicht an einem optimalen Punkt betrieben, so dass Kraftstoffverbrauch und/oder Emissionen des

Fahrzeugs verschlechtert sind. Es wäre daher wünschenswert, dieses Potential bei fliehkraftgeregelten CVT-Getrieben zu nutzen und eine Möglichkeit einer Kraftstoffreduzierung und einer Emissionsreduzierung zu erhalten. Ferner weisen fliehkraftgeregelte CVT-Getriebe auch hinsichtlich einer Fahrzeugdynamik keine optimale Ausgestaltung auf. Insbesondere bei einer Beschleunigung des

Fahrzeugs aus dem Stand und bei einer Beschleunigung des Fahrzeugs während einer Fahrt, z.B. einer Elastizität ausgehend von einer ersten Geschwindigkeit auf eine zweite Geschwindigkeit, bestehen aufgrund des nicht optimal gewählten Übersetzungsverhältnisses des fliehkraftgeregelten CVT- Getriebes noch erhebliches Verbesserungspotential. Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße CVT-Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass ein Emissionsverhalten und ein

Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs signifikant verbessert werden kann. Ferner werden auch deutlich bessere Fahrleistungen, insbesondere bei der

Fahrdynamik hinsichtlich einer Beschleunigung aus dem Stand und hinsichtlich einer Beschleunigung eines fahrenden Fahrzeugs, erreicht. Dies wird

erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das CVT-Getriebe jeweils in einer optimierten Position betrieben werden kann. Erfindungsgemäß umfasst das CVT- Getriebe hierbei ein Kegelscheibenpaar mit einer ortsfesten Kegelscheibe und einer axial beweglichen Kegelscheibe sowie wenigstens ein Fliehkraftelement, welches beweglich in Radialrichtung an der axial beweglichen Kegelscheibe angeordnet ist. Ferner ist ein Abstützelement vorgesehen, welches an der axial beweglichen Kegelscheibe angeordnet ist und mit der Kurbelwelle verbunden ist. Das Fliehkraftelement ist zwischen dem Abstützelement und einer Rückwand der axial beweglichen Kegelscheibe angeordnet. Weiterhin ist erfindungsgemäß eine axial verschiebbare Innenhülse angeordnet, welche mit der axial beweglichen Kegelscheibe verbunden ist. Eine Stelleinrichtung ist vorgesehen, welche mit der Innenhülse verbunden ist, um eine Position der axial beweglichen Kegelscheibe zu verstellen. Eine Steuereinheit ist vorgesehen, welche eingerichtet ist, die

Stelleinrichtung zu betätigen derart, dass die Innenhülse in Axialrichtung verschoben wird, um eine Übersetzungsänderung am Kegelscheibenpaar zu erreichen. Somit kann erfindungsgemäß ein gezielter Eingriff durch die

Steuereinheit in ein fliehkraftgeregeltes CVT-Getriebe ermöglicht werden, um das CVT-Getriebe in optimalen Betriebspunkten zu betreiben.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Vorzugsweise umfasst die Stelleinrichtung einen Stellantrieb, insbesondere einen Elektromotor, und einen Spindeltrieb. Der Spindeltrieb ist dabei vorgesehen, um eine Rotation des Stellantriebs in eine Axialbewegung umzuwandeln, welche dann für die axiale Verschiebung der beweglichen Kegelscheibe nutzbar ist. Um einen möglichst platzsparenden und kompakten Aufbau bereitzustellen, ist die Innenhülse bevorzugt durch die ortsfeste Kegelscheibe hindurchgeführt.

Weiter bevorzugt umfasst das CVT-Getriebe eine Außenhülse, welche zwischen dem Spindeltrieb und der Innenhülse angeordnet ist. Dabei wird eine

Axialbewegung des Spindeltriebs über die Außenhülse auf die Innenhülse übertragen. Vorzugsweise ist die Außenhülse dabei über einen Hebel mit dem Spindeltrieb verbunden. Dadurch kann insbesondere eine seitliche Anordnung des Spindeltriebs und/oder der restlichen Bauteile der Stelleinrichtung, insbesondere des Stellantriebs, ermöglicht werden.

Um zu verhindern, dass sich die Außenhülse gemeinsam mit der Innenhülse dreht, ist vorzugsweise zwischen der Innenhülse und der Außenhülse ein Radiallager angeordnet. Das Radiallager unterbricht die Übertragung

Motordrehzahl auf Stelleinrichtung. Das Radiallager ist dabei auch eingerichtet, um Kräfte in Axialrichtung zu übertragen, um eine Verstellung der axial beweglichen Kegelscheibe zu ermöglichen.

Zur Vermeidung von Beschädigungen und zur Erhöhung einer Steifigkeit ist vorzugsweise eine Biegemomentstütze zur Abstützung des Spindeltriebs vorgesehen. Besonders bevorzugt ist der Hebel zwischen Spindeltrieb und Außenhülse dabei derart ausgebildet, dass der Hebel ein Auge aufweist, durch welches ein Abstützzylinder der Biegemomentstütze hindurchgeführt ist. Dadurch kann eine besonders steife Anordnung erreicht werden.

Weiter bevorzugt umfasst das CVT-Getriebe ein Stellgetriebe, welches zwischen dem Stellantrieb und dem Spindeltrieb angeordnet ist. Dadurch kann eine Drehzahl des Stellantriebs entsprechend angepasst werden.

Für einen besonders kompakten Aufbau ist ferner das Abstützelement direkt mit einer Kurbelwelle verbunden. Das Abstützelement weist dabei besonders bevorzugt einen Hülsenbereich auf, welcher auf der Kurbelwelle fixiert ist.

Besonders bevorzugt umfasst das Abstützelement eine sich verjüngende Kontaktfläche für einen Kontakt mit dem Fliehkraftelement. Die sich verjüngende Kontaktfläche des Abstützelements ist vorzugsweise konisch ausgebildet. Bei Erhöhung der Drehzahl des Abstützelements erhöhen sich die somit die auf das oder die Fliehkraftelemente wirkende Fliehkraft, so dass die Fliehkraftelemente radial nach außen bewegt werden. Hierbei laufen sie auf der sich verjüngenden Kontaktfläche des Abstützelements, so dass auch eine

Verschiebungskomponente in Axialrichtung zur Bewegung der beweglichen Kegelscheibe in Axialrichtung auftritt.

Weiter bevorzugt ist eine Abtriebswelle des Stellantriebs der Stelleinrichtung senkrecht zu einer Kurbelwelle angeordnet. Dadurch kann ein besonders kompakter Aufbau erreicht werden.

Bevorzugt ist die Steuereinheit eingerichtet, die Stelleinrichtung, basierend auf Kenngrößen eines Antriebsmotors zu steuern. Als Kenngrößen des

Antriebsmotors werden bevorzugt eine Drehzahl des Antriebsmotors und/oder ein Drehmoment des Antriebsmotors oder auch andere Parameter wie

Temperatur, Luftdruck verwendet. Die Kenngrößen zur Steuerung der

Stelleinrichtung können dabei unmittelbar am Antriebsmotor erfasst werden oder an mit dem Antriebsmotor verbundenen Bauteilen. Der Antriebsmotor ist vorzugsweise eine Brennkraftmaschine.

Weiter bevorzugt ist die Steuereinheit eingerichtet, die Stelleinrichtung basierend auf einer Wahl eines Fahrmodus eines Fahrers zu steuern. Beispielsweise können vorbestimmte Getriebeeinstellungen gespeichert werden, welche bei entsprechender Wahl eines Fahrmodus, z.B. ein Sportmodus oder ein Kraftstoff- Sparmodus oder dgl., von der Stelleinrichtung eingenommen werden.

Weiter bevorzugt verläuft die Kurbelwelle durch das Kegelscheibenpaar. Dadurch kann ein besonders kompakter Aufbau des CVT-Getriebes und insbesondere auch der Einheit, umfassend das CVT-Getriebe und den Antriebsmotor, erreicht werden.

Weiter bevorzugt ist die ortsfeste Kegelscheibe dabei direkt mit der Kurbelwelle verbunden, so dass in Axialrichtung der Kurbelwelle nur ein minimaler

Bauraumbedarf für das CVT-Getriebe notwendig ist.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, umfassend ein erfindungsgemäßes CVT-Getriebe. Das Fahrzeug ist vorzugsweise ein Kleinfahrzeug, insbesondere ein Zweirad oder ein Dreirad oder ein Schneemobil oder Quad oder ein Scooter oder dgl.

Weiter bevorzugt ist der Stellantrieb an einem Gehäuse des CVT-Getriebes angeordnet. Vorzugsweise ragt dabei eine Abtriebswelle des Stellantriebs in das Gehäuseinnere und ein Zwischengetriebe zur Verstellung der Abstützwand ist vorzugsweise im Gehäuseinneren angeordnet.

Zeichnung

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines CVT-Getriebes gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Figur 2 eine perspektivische Ansicht des CVT-Getriebes von Figur 1 .

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 ein CVT-Getriebe 1 , d.h., ein kontinuierlich verstellbares, stufenloses Getriebe, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben.

Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst das CVT-Getriebe 1 ein

Kegelscheibenpaar 2 mit einer ortsfesten Kegelscheibe 20 und einer axial beweglichen Kegelscheibe 21 .

Die ortsfeste Kegelscheibe 20 ist auf einer Kurbelwelle 1 1 fixiert. Die Kurbelwelle 1 1 ist, wie in Figur 1 angedeutet, mit einem Antriebsmotor 10, insbesondere einer Brennkraftmaschine verbunden.

Das CVT-Getriebe 1 ist ein fliehkraftgeregeltes Getriebe und umfasst eine Vielzahl von Fliehkraftelementen 3, welche an der axial beweglichen

Kegelscheibe 21 angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Fliehkraftelemente Kugeln. Alternativ können auch Zylinder mit mittigem Loch verwendet werden.

Weiterhin umfasst das CVT-Getriebe 1 ein Abstützelement 4, welches an der axial beweglichen Kegelscheibe 21 angeordnet ist. Durch die Radialposition der

Fliehkraftelemente 3 wird eine Axialposition in Axialrichtung X-X der axial beweglichen Kegelscheibe 21 bestimmt.

Zur Verstellung der Fliehkraftelemente ist erfindungsgemäß eine Stelleinrichtung 5 vorgesehen, welche mit einer Steuereinheit 6 verbunden ist. Die

Stelleinrichtung 5 umfasst einen Stellantrieb 50, eine Abtriebswelle 51 des Stellantriebs und ein Stellgetriebe 52. Das Stellgetriebe 52 umfasst wenigstens ein Ritzel oder einen Schneckentrieb und ist zwischen dem Stellantrieb 50 und einem Spindeltrieb 7 angeordnet. Der Spindeltrieb 7 ist an einem ersten Lager 71 und einem zweiten Lager 72 gelagert und mit dem Stellgetriebe 52 in Eingriff.

Dabei wird eine Rotation der Abtriebswelle 51 in eine Axialbewegung eines über eine Mutter 81 angeordneten Hebels 8 ermöglicht.

Das Abstützelement 4 umfasst eine sich verjüngende Kontaktfläche 40, welche mit den Fliehkraftelementen 3 in Kontakt steht. Das Abstützelement 4 umfasst ferner einen zylindrischen Hülsenbereich 41 , auf welchem eine Innenhülse 53 gleitbar angeordnet ist. Die Innenhülse 53 ist dabei fest mit der axial beweglichen Kegelscheibe 21 verbunden. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist die Innenhülse 53 durch die ortsfeste

Kegelscheibe 20 hindurchgeführt und teilweise von einer Außenhülse 54 umgeben. Die Außenhülse 54 ist mittels eines Radiallagers 55, welches zwischen Innenhülse und Außenhülse angeordnet ist, auf der Innenhülse 53 gelagert. Das Radiallager 55 unterbricht die Übertragung der Drehung der Kurbelwelle 1 1 auf die Stelleinrichtung 5. Die Außenhülse 54 ist mit einem Hebel

8 verbunden, welcher mit der Mutter 81 des Spindeltriebs 7 verbunden ist. Das Radiallager 55 ist dabei derart ausgelegt, dass auch axiale Kräfte in Axialrichtung X-X übertragen werden können. Der Stellantrieb 50 ist vorzugsweise ein elektrischer Motor. Alternativ umfasst die

Stelleinrichtung 5 jedoch einen pneumatisch betriebenen Versteilantrieb oder einen hydraulisch betriebenen Versteilantrieb oder einen elektromagnetischen Versteilantrieb.

Ein Umschlingungsmittel 1 2, z.B. ein Riemen, ist zwischen den beiden

Kegelscheiben 20, 21 angeordnet. Das Umschlingungsmittel 1 2 ist mit einem

Abtriebselement 13, vorzugsweise ebenfalls einem Kegelscheibenpaar, verbunden. Das Abtriebselement 1 3 kann aber beispielsweise auch ein direkt angetriebenes Rad oder dgl. sein. Erfindungsgemäß kann somit eine Fliehkraftregelung mittels der

Fliehkraftelemente 3 durch Betätigung der Stelleinrichtung 5 verbessert werden. Der Stellantrieb 50 ist mit der Steuereinheit 6 verbunden. Eine Axialverstellung der beweglichen Kegelscheibe 21 erfolgt dabei durch Betätigung des

Stellantriebs 50. Dessen Rotation wird auf den Spindeltrieb 7 übertragen, welcher über die Mutter 81 eine Axialbewegung auf den Hebel 8 überträgt. Dies ist in Figur 1 durch den Doppelpfeil A angedeutet. Da der Hebel 8 fest mit der Außenhülse 54 verbunden ist, wird die Axialbewegung über das Radiallager 55 auf die Innenhülse 53 übertragen. Von der Innenhülse 53 wird die

Axialbewegung über die fest mit der Innenhülse 53 verbundene axialbewegliche Kegelscheibe 21 übertragen (Doppelpfeil B). Dadurch wird ein Abstand zwischen den beiden Kegelscheiben 20, 21 des Kegelscheibenpaars 2 verändert, so dass eine Position des Umschlingungsmittels 1 2 zwischen den beiden Kegelscheiben verändert wird und dadurch eine Übersetzung geändert wird. Somit kann eine stufenlose Änderung des Übersetzungsverhältnisses realisiert werden.

Vorzugsweise ist zwischen der Mutter 81 und einer Spindelachse keine

Selbsthemmung vorgesehen.

Um den Spindeltrieb 7 vor einer Biegebelastung zu schützen, ist vorzugsweise eine Biegemomentstütze 9 vorgesehen (vgl. Figur 2). Die Biegemomentstütze 9 umfasst einen Abstützzylinder 90, der fest mit dem Hebel 8 verbunden, bevorzugt verschweißt, ist. Dadurch können Biegemomente auf ein Gehäuse 14 übertragen werden.

Alternativ kann auch eine Selbsthemmung zwischen der Mutter 81 und der Gewindespindel vorgesehen werden, dann muss allerdings der Stellantrieb 50 bei jeder Verstellung bestromt werden, um eine Axialverschiebung der axial beweglichen Kegelscheibe 21 zu bewirken.

Erfindungsgemäß ist es somit möglich, bei einem eigentlich fliehkraftgeregelten CVT-Getriebe eine aktive Übersetzungsverstellung durch die Stelleinrichtung 5 zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß kann in Abhängigkeit von Kenngrößen, beispielsweise die Drehzahl und/oder das Drehmoment des Antriebsmotors 10 eine optimierte Getriebeübersetzung realisiert werden. Die Getriebeübersetzung kann dabei hinsichtlich einer Verbrauchsoptimierung oder einer Emissionsoptimierung oder einer Optimierung einer Beschleunigung des Fahrzeugs, gewählt werden. Auch kann eine beliebige Kombination von zu optimierenden Ausgangsgrößen gewählt werden und entsprechend eine hierfür optimale Getriebeübersetzung des CVT- Getriebes eingestellt werden.

Somit kann durch Betätigung des Stellantriebs 50 der Spindeltrieb 7 gedreht werden, so dass die Mutter 81 mitsamt dem Hebel 8, wie durch den Doppelpfeil A in Figur 1 angedeutet, axial verschiebbar ist. Da der Hebel 8 mit der

Außenhülse 54 fest verbunden ist, wird diese Axialbewegung über das

Radiallager 55 auf die Innenhülse 53 übertragen und von der Innenhülse 53 auf die axial bewegliche Kegelscheibe 21 übertragen. Dadurch kann die axial bewegliche Kegelscheibe 21 in Axialrichtung X-X bewegt werden, wie durch den Doppelpfeil B in Figur 1 angedeutet. Somit ist eine Verstellung des

Umschlingungsmittels 12 in radialer Richtung (Doppelpfeil C in Figur 1 ) möglich.

Versuche mit einem erfindungsgemäßen CVT-Getriebe 1 haben dabei ergeben, dass eine Verbrauchseinsparung von Kraftstoff im Bereich von 10% möglich ist, eine verbesserte Beschleunigung in einem Bereich zwischen 0 bis 60 km/h von bis zu 17% möglich ist und eine verbesserte Elastizität einer Beschleunigung in einem Bereich zwischen 20 bis 50 km/h von 19% im Vergleich mit einem normalen fliehkraftgeregelten CVT-Getriebe möglich sind. Zwar erfordert das erfindungsgemäße CVT-Getriebe durch die Stelleinrichtung einen etwas größeren mechanischen und elektrischen Aufbau, dieser kann allerdings durch die dargelegten Verbesserungen und Einsparungen mehr als wett gemacht werden.