Die Erfindung betrifft ein CVT-Getriebe für ein motorisiertes Zweirad, umfassend einen Variator mit zwei gegeneinander verschiebbaren sowie über einen Aktuator verstellbaren Kegelscheiben.

Ein CVT-Getriebe für ein Motorrad mit Verstellung der Kegelscheiben des Variators zueinander mithilfe von Fliehgewichten ist in der EP 0 038 316 B1 , Sp. 1 , Z. 1 - 30, beschrieben.

Ein Aktuator mit einer zweistufigen Getriebeanordnung geht aus der DE 101 05 032 A1 , Fig. 1 , i. V. mit Kapitel [0001 ], hervor. Bei deren erster, als Schneckengetriebe vorliegenden Getriebestufe ist das Schneckenrad von einem Elektromotor beaufschlagt. Ein mit dem Schneckenrad in Eingriff stehendes Zahnrad wirkt über einen zweite Zahnradstufe unmittelbar auf eine Zahnstange ein. Letztgenannte Elemente bilden eine zweite Getriebestufe (Zahnstangengetriebe).

Die US 2002 / 0 034 994 A1 offenbart ein CVT-Getriebe mit einer Verstellung der Kegelscheiben des Variators zueinander über ein Zahnstangengetriebe.

Ein weiteres CVT-Getriebe, allgemein für ein Kraftfahrzeug, ist aus der DE 199 46 336 A1 bekannt. Das Getriebe umfasst einen Variator mit Kegelscheiben, wobei eine der Kegelscheiben axial verschiebbar ist und zwischen den Kegelscheiben auf einem verstellbaren Radius ein Riemen aufgenommen ist. Eine Anpresseinrichtung sorgt für einen Reibschluss zwischen den Kegelscheiben und dem Umschlingungsmittel. Die Anpresseinrichtung dieses Getriebes nach der DE 199 46 336 A1 umfasst Zwangsführungsmittel, die in Abhängigkeit vom zu übertragenden Moment und/oder einer von außen einzustellenden Übersetzung eine axiale Verschiebung der Kegelscheibe bewirken. Ein in der DE 102 22 520 A1 beschriebenes Automatikgetriebe umfasst zwei Kegelscheibensätze, wobei eine Anordnung der Drehachsen zweier Kegelscheiben mindestens eines Kegelscheibensatzes zueinander variierbar ist. Auf diese Weise soll einem Aufspreizen der Kegelscheiben entgegengewirkt werden können.

Regelverfahren und Steuersysteme für CVT-Getriebe sind in den Dokumenten DE 10 2006 044 543 A1 und DE 10 2005 006 157 B4 beschrieben.

Die EP 1 743 107 B1 offenbart ein koaxiales elektrisches Stellglied für ein CVT- Getriebe. In diesem Fall umfasst ein elektrischer Aktuator einen axial beweglichen Anker. Auch in diesem Fall ist ein Riemen als Umschlingungsmittel vorgesehen.

Die EP 1 413 802 B1 beschreibt Details einer Riemenscheibe für ein CVT-Getriebe.

Als mögliche Anwendungsfelder sind Motorroller und Kleinstwagen genannt. Ferner ist in der EP 1 413 802 B1 auf die grundsätzliche Möglichkeit hingewiesen, Riemenscheiben eines CVT-Getriebes mittels eines elektronisch gesteuerten Stellantriebs axial zu bewegen.

Außerdem wird auf die Druckschriften DE 102016 118 877 A1 , DE 30 44 286 A1 , DE 102021 109 655 A1 und DE 103 14 107 A1 verwiesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein CVT-Getriebe konkret für ein motorisiertes Zweirad mit einer verbesserten Aktuatorik zu schaffen. Dabei soll ein besonders günstiges Verhältnis zwischen apparativem Aufwand und Funktionalität vorliegen.

Diese Aufgabe wird durch die neuen Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Demnach sind die beiden Kegelscheiben des Variators des CVT-Getriebes über einen elektro- mechanischen Aktuator verstellbar. Der Aktuator umfasst eine zweistufige, durch einen Elektromotor betätigte Getriebeanordnung, deren erste Stufe als Schneckengetriebe und deren zweite Stufe als Zahnstangengetriebe ausgebildet ist. Eine Gewindespindel des Schneckengetriebes ist mit einer Motorwelle des Elektromotors drehfest verbunden. Dabei ist ein das Schneckengetriebe mit dem Zahnstangengetriebe verbindendes, um eine Schwenkachse drehbares Getriebeelement vorgesehen. Letztgenanntes umfasst eine Welle, die ausgangs des Schneckengetriebes ein mit dessen Gewindespindel kämmendes Zahnradsegment und eingangs des Zahnstangengetriebes ein Zahnrad hat. Das Zahnstangengetriebe umfasst eine hülsenförmige, mit dem Zahnrad kämmende Zahnstange, welche eine zum Antrieb der gegeneinander verschiebbaren Kegelscheiben vorgesehene Welle umgibt. Des Weiteren ist eine Hülse vorgesehen, die radial zwischen der Welle und der Zahnstange angeordnet und mittels Verzahnungen drehfest mit der Zahnstange gekoppelt ist. Schließlich ist zur Drehentkopplung zwischen der Zahnstange einerseits und der Welle sowie den Kegelscheiben andererseits eine axial zwischen der Zahnstange und den Kegelscheiben angeordnete Lageranordnung vorgesehen.

Als motorisiertes Zweirad ist insbesondere an einen Motorroller gedacht.

Der Aktuator des CVT-Getriebes ist somit aus einer zweistufigen Getriebeanordnung mit einem Schneckengetriebe als erster Getriebestufe und einem Zahnstangengetriebe als zweiter Getriebestufe gebildet. Durch die Hintereinanderschaltung der beiden Getriebestufen ist insgesamt ein hohes Untersetzungsverhältnis erreichbar, wobei zugleich eine spielarme Auslegung möglich ist. Zur Betätigung der Gewindespindel des Schneckengetriebes ist ein Elektromotor gängiger Bauart, beispielsweise in Form eines bürstenlosen Gleichstrommotors, geeignet.

Das Schneckengetriebe ist mit dem Zahnstangengetriebe gemäß der Erfindung über ein um eine Schwenkachse drehbares Getriebeelement verbunden. Letztgenanntes umfasst eine Welle, die ausgangs des Schneckengetriebes ein mit dessen Gewinde- spindel kämmendes Zahnradsegment und eingangs des Zahnstangengetriebes ein Zahnrad hat. Das Getriebeelement kann grundsätzlich ein- oder mehrteilig aufgebaut sein.

Die Zahnstange des Zahnstangengetriebes liegt nach der Erfindung in besonders raumsparender und zugleich robuster Ausgestaltung als Hülse vor. Dabei umgibt sie eine zum Antrieb der gegeneinander verschiebbaren Kegelscheiben vorgesehene Welle konzentrisch. Radial zwischen der Welle und der Zahnstange existiert eine Hülse, welche mittels Verzahnungen drehfest mit der Zahnstange gekoppelt ist. Dabei ist zur Drehentkopplung zwischen der Zahnstange einerseits und der Welle sowie den Kegelscheiben andererseits eine axial zwischen der Zahnstange und den Kegelscheiben angeordnete Lageranordnung vorgesehen. Letztgenannte kann insbesondere ein Wälzlager, beispielsweise in Form eines Kugellagers, umfassen.

Das Zahnrad eingangs des Zahnstangengetriebes kann auch durch ein Zahnradsegment gebildet sein. Der Teilkreis dieser der zweiten Getriebestufe zuzurechnenden Verzahnung in typischer Ausgestaltung ist geringer, beispielsweise höchstens halb so groß, als der Teilkreis des Zahnradsegments, welches dem Schneckengetriebe zuzurechnen ist. Auf diese Weise können in die Zahnstange beträchtliche Kräfte in Längsrichtung der Zahnstange bei nicht zu großen Verschiebewegen, das heißt Stellbewegungen des Paares an Kegelscheiben, eingeleitet werden.

Die zum Antrieb der gegeneinander verschiebbaren Kegelscheiben vorgesehene Welle kann mit einer der Kegelscheiben fest verbunden sein, während die zweite Kegelscheibe in Axialrichtung der Welle verschiebbar ist, um den wirksamen Radius des Kegelscheibenpaares und damit das Übersetzungsverhältnis des gesamten Getriebes zu variieren.

Eine Verschwenkung des Getriebeelementes ist gemäß einer Fortbildung der Erfindung um weniger als eine volle Umdrehung vorgesehen. Beispielsweise ist das Ge- triebeelement um einen Winkel von mindestens 60° und nicht mehr als 150° ver- schwenkbar.

Unabhängig von den geometrischen Relationen zwischen verschiedenen Verzahnungselementen der beiden Getriebestufen kann zur Detektion der Einstellung des drehbaren, beiden Getriebestufen zuzurechnenden Getriebeelements ein Winkelsensor vorhanden sein. Mit dessen Hilfe ist der Abstand zwischen den beiden angetriebenen Kegelscheiben und damit das Übersetzungsverhältnis des stufenlos schaltbaren Getriebes erfassbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Komponenten eines stufenlosen Getriebes für ein Zweirad in Explosionsdarstellung;

Fig. 2 einen Variator des stufenlosen Getriebes in perspektivischer Ansicht;

Fig. 3 den Variator und weitere Komponenten des stufenlosen Getriebes in teilweise geschnittener Ansicht;

Fig. 4 bis 6 eine erste, für niedrige Geschwindigkeiten ausgelegte Variatoreinstellung in verschiedenen Darstellungen;

Fig. 7 bis 9 eine zweite, für hohe Geschwindigkeiten ausgelegte Variatoreinstellung in Darstellungen analog Figur 4 bis 6;

Fig. 10 und 11 das stufenlose Getriebe in der Einstellung nach den Figuren 4 bis 6 in perspektivischen Ansichten;

Fig. 12 und 13das Getriebe in Einstellung nach den Figuren 7 bis 9 in Ansichten analog Figur 10 und 11 . Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes stufenloses Getriebe ist für die Verwendung in einem motorisierten Zweirad, insbesondere einem Motorroller, vorgesehen. Das Zweirad ist verbrennungsmotorisch angetrieben. Alternativ kann das Zweirad einen Hybridantrieb, das heißt eine Kombination aus verbrennungsmotorischem und elektromotorischem Antrieb, aufweisen. Hinsichtlich des prinzipiellen Aufbaus und der Funktion des allgemein auch als CVT-Getriebe bezeichneten stufenlosen Getriebes 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.

Zur Variation des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes 1 weist dieses einen Variator 2 auf, welcher ein vorderes, aktiv verstellbares Kegelscheibenpaar 3 umfasst. Zwischen den mit 4, 5 bezeichneten Kegelscheiben des Kegelscheibenpaars 3 läuft ein Riemen als Zugmittel 8. Die außen, im vorliegenden Fall an der linken Fahrzeugseite angeordnete Kegelscheibe 5 ist mit einer Außenverzahnung 7 versehen. Ferner sind an der Kegelscheibe 5 Rippen 6 angebracht. Die gemeinsame Mittelachse der Kegelscheiben 4, 5, das heißt des vorderen Kegelscheibenpaars 3, ist mit MA bezeichnet und in Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet.

Zusätzlich zum vorderen Kegelscheibenpaar 3 existiert ein hinteres, auf Höhe des Hinterrades angeordnetes Kegelscheibenpaar 9, welches lediglich passiv verstellbar ist und sich damit der Einstellung des vorderen Kegelscheibenpaars 3 anpasst. Das hintere Kegelscheibenpaar 9 ist aus zwei Kegelscheiben 10, 11 gebildet, wobei sich auf der Seite der äußeren Kegelscheibe 11 , das heißt im vorliegenden Fall auf der linken Fahrzeugseite, ein Gehäuse 12 befindet, in welchem eine nicht näher dargestellte Anpressmechanik 13 angeordnet ist, die für die gewünschte Axialkraft zwischen den Kegelscheiben 10, 11 sorgt. Der Variator 2 stellt in jedem Betriebszustand des Getriebes 1 zusammen mit der Anpressmechanik 13 sicher, dass der Riemen 8 mit der erforderlichen Spannung um die beiden Kegelscheibenpaare 3, 9 läuft.

Dem Variator 2 ist ein elektromechanischer Aktuator 14 zur Verstellung des Kegelscheibenpaars 3 und damit zur Einstellung eines wirksamen Radius der Kegelscheiben 4, 5 zuzurechnen. Teil des Aktuators 14 ist ein Elektromotor 15, dessen Längs- achse im vorliegenden Fall in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet ist. Durch den Elektromotor 15 wird eine zweistufige, insgesamt mit 16 bezeichnete Getriebeanordnung betätigt.

Die erste Getriebestufe liegt als Schneckengetriebe 17 vor. Als Eingangselement des Schneckengetriebes 17 existiert eine Gewindespindel 18, welche mit der Motorwelle des Elektromotors 15 drehfest verbunden ist. Das Ausgangselement des Schneckengetriebes 17 liegt in Form eines Zahnradsegments 19 vor. Das Zahnradsegment 19 ist Teil eines um eine Schwenkachse SW schwenkbaren, insgesamt mit 20 bezeichneten Getriebeelementes, welches zugleich das Eingangselement eines Zahnstangengetriebes 30 darstellt. Die Schwenkachse SW ist im vorliegenden Fall vertikal ausgerichtet, wobei zwischen den beiden Extremeinstellungen des stufenlosen Getriebes 1 eine Verdrehung des Getriebeelementes 20 um nicht mehr als 90° vorgesehen ist. Die Winkelstellung des Getriebeelementes 20 ist mit Hilfe eines Winkelsensors 23, welcher sich am oberen Ende des Getriebeelements 20 befindet, detektierbar.

Das schwenkbare Getriebeelement 20 umfasst weiterhin eine Welle 21 sowie ein im unteren Bereich der Welle 21 angeordnetes Zahnrad 22. Sämtliche Teile 19, 21 , 22 des Getriebeelementes 20 sind fest miteinander verbunden. Eine Lagerung des Getriebeelementes 20 ist der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Die Schwenkrichtung des Getriebeelementes 20 ist mit SR angegeben.

Das Zahnrad 22 kämmt mit der Verzahnung einer hülsenförmigen, horizontal verschiebbaren Zahnstange 24. Die zur Mittelachse MA parallele Verschieberichtung der Zahnstange 24 ist mit VR angegeben. Die Zahnstange 24 umgibt eine zur Mittelachse MA konzentrische, verbrennungsmotorisch angetriebene Welle 31 . Ein an der dem Kegelscheibenpaar 3 abgewandten Stirnseite der Zahnstange 24 angeordneter Anschlussflansch ist mit 25 bezeichnet. Radial zwischen der Welle 31 und der Zahnstange 24 ist eine Hülse 26 angeordnet, welche Verzahnungen 27, 28 zur drehfesten Kopplung mit der ebenfalls hülsenförmigen Zahnstange 24 aufweist. Mit Hilfe einer Lageranordnung 29 kann die Linearbewegung der Zahnstange 24 auf die über die Welle 31 angetriebene Kegelscheibe 4 übertragen werden. Im Unterschied zur Kegelscheibe 4 ist die Kegelscheibe 5 starr mit der Welle 31 verbunden.

In der Einstellung nach den Figuren 2 bis 6 sowie 10 und 11 ist das Getriebe 1 auf die kürzest mögliche Übersetzung eingestellt. Dies bedeutet, dass der Motorroller mit geringer Geschwindigkeit fährt und zugleich ein hohes Drehmoment auf das Hinterrad einwirkt. Der andere Extremfall, das heißt die längste mögliche Übersetzung, ist in den Figuren 7 bis 9 sowie 12 und 13 veranschaulicht. In diesem Fall wird eine höhere Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht, wobei das Drehmoment, mit welchem das Hinterrad angetrieben wird, vergleichsweise gering ist.

Die Steuerung des Variators 2 verarbeitet insbesondere vom Winkelsensor 23 gelieferte Signale. Die Winkelstellung des Zahnradsegments 19 ist eindeutig korreliert mit dem Abstand zwischen den Kegelscheiben 4, 5 und damit auch mit dem eingestellten Übersetzungsverhältnis des Getriebes 1. Zusätzlich kann sich am Hinterrad des Motorrollers, beispielsweise im Gehäuse 12, ein Sensor befinden, welcher die Drehzahl des Hinterrads erfasst und ebenfalls mit der Ansteuerung des Variators 2 verknüpft ist. Weiterhin existieren Verknüpfungen zwischen der Ansteuerung des Variators 2 und verschiedenen Sensoren, die die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors sowie die Drosselklappenstellung des Verbrennungsmotors erfassen. Dies ermöglicht insgesamt eine feine, der Fahrsituation angepasste Einstellung des Übersetzungsverhältnisses des stufenlosen Getriebes 1. Bezugszeichenliste stufenloses Getriebe

Variator vorderes, aktiv verstellbares Kegelscheibenpaar

Kegelscheibe

Kegelscheibe

Rippe

Außenverzahnung

Zugmittel, Riemen hinteres, passiv verstellbares Kegelscheibenpaar

Kegelscheibe

Kegelscheibe

Gehäuse

Anpressmechanik

Aktuator

Elektromotor

Getriebeanordnung

Schneckengetriebe, erste Getriebestufe

Gewindespindel

Zahnradsegment

Getriebeelement, schwenkbar

Welle

Zahnrad

Winkelsensor

Zahnstange

Anschlussflansch

Hülse

Verzahnung

Verzahnung

Lageranordnung

Zahnstangengetriebe, zweite Getriebestufe 31 Welle

MA Mittelachse

SR Schwenkrichtung

SW Schwenkachse

VR Verschieberichtung