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. Erfindungsgemäß ist ferner eine

Stelleinrichtung zur Verstellung einer Position der axial beweglichen

Kegelscheibe vorgesehen. Die Stelleinrichtung umfasst einen Spindeltrieb und eine Verstellstange, welche mit der axial beweglichen Kegelscheibe verbunden ist. Der Spindeltrieb ermöglicht dabei eine Axialverstellung der Verstellstange.

Hierdurch ist ein sehr kompakter und platzsparender Aufbau möglich. Eine Steuereinheit ist eingerichtet, die Stelleinrichtung zu betätigen, um eine Position der axial bewegbaren Kegelscheibe zu verändern. Hierdurch wird eine Position eines Umschlingungsmittels des Kegelscheibenpaars verändert, so dass eine Übersetzung des CVT-Getriebes verändert wird. Somit kann erfindungsgemäß ein Eingriff durch die Steuereinheit in ein 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, welcher den Spindeltrieb antreibt, um Zugkräfte oder Druckkräfte auf die Verstellstange auszuüben. Dadurch wird die Verstellstange axial bewegt, so dass eine Position der axial beweglichen Kegelscheibe, die mit der Verstellstange verbunden ist, ebenfalls geändert wird. Das erfindungsgemäße Getriebe umfasst ferner wenigstens ein Fliehkraftelement, welches beweglich an der axial beweglichen Kegelscheibe angeordnet ist. Ferner ist eine Abstützwand an der axial beweglichen

Kegelscheibe vorgesehen, wobei das Fliehkraftelement zwischen der

Abstützwand und einer Rückwand der axial beweglichen Kegelscheibe angeordnet ist. Somit kann durch die Fliehkräfte eine rotationsabhängige Position der axial beweglichen Kegelscheibe erreicht werden und mittels der

Stelleinrichtung eine Feinpositionierung und somit eine beispielsweise an entsprechend vorhandene Fahrmodi angepasste Übersetzung eingestellt werden. Die Abstützwand ist vorzugsweise mit einer Kurbelwelle verbunden.

Besonders bevorzugt umfasst die Abstützwand eine sich verjüngende

Kontaktfläche für einen Kontakt mit dem Fliehkraftelement. Die sich verjüngende Kontaktfläche der Abstützwand ist vorzugsweise konisch ausgebildet. Bei Erhöhung der Drehzahl erhöhen sich die somit die auf das oder die

Fliehkraftelemente wirkende Fliehkraft, so dass Fliehkraftelemente radial nach außen bewegt werden. Hierbei laufen sie auf der sich verjüngenden

Kontaktfläche der Abstützwand, so dass auch eine Verschiebungskomponente in Axialrichtung zur Bewegung der beweglichen Kegelscheibe in Axialrichtung auftritt.

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

Weiter bevorzugt ist die Abtriebswelle des Stellantriebs parallel zur

Verstellstange und ist insbesondere koaxial zu einer Mittelachse des

Kegelscheibenpaars. Somit kann eine Linienanordnung von Stellantrieb und Verstellstange vorgesehen werden. Besonders bevorzugt liegt auf einer Linie neben der Verstellstange und der Abtriebswelle des Stellantriebs auch die Kurbelwelle, so dass ein besonders platzsparender Aufbau möglich ist.

Bevorzugt ist die Verstellstange teilweise in der Kurbelwelle angeordnet, um einen einfachen und kompakten Aufbau, insbesondere in Axialrichtung zu ermöglichen. Weiterhin umfasst der Spindeltrieb eine Hülsenmutter, welche mit der

Verstellstange verbunden ist, um eine Rotation einer Spindel des Spindeltriebs in eine Axialbewegung der Spindelhülse und dadurch auch eine Axialbewegung der Verstellstange zu ermöglichen. Die Verstellstange ist vorzugsweise über eine Querstange mit der axial beweglichen Kegelscheibe verbunden.

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 und/oder eine Temperatur und/oder ein 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.

Weiter bevorzugt sind die Steuereinheit und der Stellantrieb in einem Gehäuse des CVT-Getriebes angeordnet. Dadurch kann ein besonders kompakter Aufbau erreicht werden.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, umfassend ein

erfindungsgemäßes stufenloses 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 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.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figur 1 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. Genauer, wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist die ortsfeste Kegelscheibe 20 am Ende der Kurbelwelle 1 1 angeordnet. 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 sind die Fliehkraftelemente Zylinder mit einem Durchgangsloch. Weiterhin umfasst das CVT-Getriebe 1 eine nicht axial bewegliche Abstützwand 4, welche an der axial beweglichen Kegelscheibe angeordnet ist. Die

Abstützwand 4 rotiert gemeinsam mit der Kurbelwelle 1 1 . Durch die

Radialposition der Fliehkraftelemente 3 wird eine Axialposition in Axialrichtung X-

X der axial beweglichen Kegelscheibe 21 bestimmt.

Zur Verstellung der axial beweglichen Kegelscheibe 21 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 einen Spindeltrieb 7. Der Spindeltrieb 7 umfasst eine Spindel 70 sowie eine Hülsenmutter 71 , welche auf der Spindel 70 in Axialrichtung X-X bewegbar angeordnet ist. Die Hülsenmutter 71 ist mit einer Verstellstange 8 über ein Lager 81 verbunden, so dass bei einer Axialbewegung der Hülsenmutter 71 die Verstellstange 8 in Axialrichtung X-X axial bewegt wird.

Am entgegengesetzten Ende der Verstellstange 8 ist eine Querstange 80 mit der Verstellstange 8 verbunden, welche mit der axial beweglichen Kegelscheibe 21 verbunden ist. Dadurch wird eine Axialbewegung der Verstellstange 8 über die Querstange 80 auf die axial bewegliche Kegelscheibe 21 übertragen, so dass diese, wie in Figur 1 durch den Doppelpfeil A angedeutet, in Axialrichtung bewegbar ist. Die Hülsenmutter 71 wird durch eine nicht gezeigte Einrichtung an einer Drehung gemeinsam mit der Spindel 70 verhindert. Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, ist die Verstellstange 8 teilweise in der

Kurbelwelle 1 1 angeordnet. Dadurch kann ein besonders kompakter Aufbau erreicht werden. Die Kurbelwelle 1 1 weist hierbei einen Schlitz oder eine

Bohrung oder dgl. auf. Die Abstützscheibe 4 umfasst eine sich verjüngende Kontaktfläche 40, welche mit den Fliehkraftelementen 3 in Kontakt steht.

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 über die Steuereinheit 6 eine Position der beweglichen Kegelscheibe 21 eingestellt werden und dadurch ein axialer Abstand zwischen den beiden Kegelscheiben 20, 21 eingestellt werden, welcher eine gewünschte Übersetzung des CVT-Getriebes bereitstellt. Hierzu wird der

Stellantrieb 50 angetrieben und die Abtriebswelle 51 des Stellantriebs 50 treibt die Spindel 70 unmittelbar an. Es sei angemerkt, dass die Abtriebswelle 51 auch einstückig mit der Spindel 7 ausgebildet sein kann. Durch die Drehung der Spindel 70 (Pfeil D in Figur 1 ) wird die Hülsenmutter 71 in Axialrichtung X-X bewegt (Doppelpfeil C), abhängig von der Drehrichtung der Spindel 70. Da die

Hülsenmutter 71 fest mit der Verstellstange 8 verbunden ist, bewegt sich die Verstellstange 8 ebenfalls in Axialrichtung X-X (Doppelpfeil B). Über die mit der Verstellstange 8 verbundene Querstange 80 wird dann die axial bewegliche Kegelscheibe 21 bewegt (Doppelpfeil A).

Abhängig von der Drehrichtung kann somit eine Verstellung des

Umschlingungsmittels 1 2 zwischen den beiden Kegelscheiben 20, 21 verändert werden und so eine stufenlose Übersetzungsänderung ermöglicht werden. Somit kann erfindungsgemäß eine Feineinstellung einer Übersetzung, welche grundsätzlich durch die Fliehkraftelemente 3 vorgegeben ist, realisiert werden. 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.

Versuche mit einem erfindungsgemäßen CVT-Getriebe 1 haben dabei ergeben, dass eine Verbrauchseinsparung von Kraftstoff im Bereich von 1 0% 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.