DE102009042079A1

DE102009042079A1 - Kurbel-CVT-Gebriebe

Info

Publication number: DE102009042079A1
Application number: DE102009042079A
Authority: DE
Inventors: Lászlo Dr. Mán
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-10-02
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2010-04-08
Also published as: US8202187B2; CN102171491A; WO2010037363A1; JP5705117B2; US20110172052A1; CN102171491B; JP2012504734A; DE112009002331A5

Abstract

Ein Kurbel-CVT-Getriebe enthält eine Freilaufeinrichtung, die mit einer Abtriebswelle des Getriebes in Verbindung steht. Die Freilaufeinrichtung ist derart angepasst, dass sie wahlweise eine Relativdrehung zwischen der Freilaufeinrichtung und der Abtriebswelle ermöglicht und blockiert. Des Weiteren enthält das Kurbel-CVT-Getriebe eine Umschalteinheit, die angepasst ist, die Freilaufeinrichtung umzuschalten, und eine Innenwelle, die mit der Abtriebswelle und über ein Verbindungsmittel mit einem Differential verbindbar ist. Dabei ist die Innenwelle in axialer Richtung der Abtriebswelle verschiebbar. Das Kurbel-CVT-Getriebe weist weiter einen Aktuator auf, der mit der Umschalteinheit in Wechselwirkung ist und der angepasst ist, die Umschaltung der Freilaufeinrichtung einzuleiten. Der Aktuator weist einen ersten Mechanismus auf. Der erste Mechanismus ist angepasst, die Innenwelle in axialer Richtung zum Trennen der Innenwelle von dem Differential zu verschieben. Der Aktuator weist weiter einen zweiten Mechanismus auf. Der zweite Mechanismus ist angepasst, die Umschalteinheit anzutreiben. Dabei ist der zweite Mechanismus mit dem ersten Mechanismus gekoppelt und wird zeitlich nach dem ersten Mechanismus angetrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kurbel-CVT-Getriebe. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Aktuator, der die Umschaltung von Freiläufen eines Kurbel-CVT-Getriebes einleitet.
Ein Kurbel-CVT-Getriebe ist beispielsweise aus der DE 102 43 533 A1 bekannt. Dieses Getriebe weist eine mit einem Motor kuppelbare, antreibende Welle, z. B. eine Getriebeeingangswelle, sowie wenigstens eine getriebene Welle, z. B. eine Getriebeausgangswelle, welche antriebsmäßig miteinander verbunden sind, auf. Des Weiteren weist dieses Getriebe eine Freilaufeinrichtung auf. Dabei besteht die Freilaufeinrichtung aus einer Mehrzahl von um die getriebene Welle axial hintereinander angeordneten Freilaufeinheiten, die umschaltbar sind. Das bedeutet, dass die Sperrrichtung der Klemmkörper in Bezug auf die beiden zueinander verdrehbaren Ringe umschaltbar ist. Durch die Verwendung derartiger Freilaufeinheiten kann in einfacher Weise bei dem Getriebe die Drehrichtung der Welle verändert werden und somit beispielsweise ein Rückwärtsgang realisiert werden. Zusätzliche Richtungsumschaltgetriebe, z. B. Planetengetriebe, sind nicht nötig.
Zur Umschaltung der Sperrfunktion des Freilaufs ist in der DE 102 43 533 A1 eine Umschalteinrichtung vorgesehen, die mehrere Umschalteinheiten besitzt, die jeweils zwischen benachbarten Klemmkörpern angeordnet sind. Die Umschalteinheiten sind synchron betätigbar und besitzen Umschaltmittel, die jeweils einen verdrehbaren scheibenförmigen Bereich sowie einen, vorzugsweise aus einem profilierten Stab bestehenden, profilierten Bereich besitzen. Am profilierten Bereich ist eine Feder vorgesehen, die durch eine Schenkelfeder gebildet ist. Die Feder ist verspannbar zwischen dem profilierten Bereich und einem Klemmkörper. Die profilierten Stäbe sowie die Aktivierung der Umschaltung können sich axial durch alle Freilaufeinheiten erstrecken, so dass bei Verdrehung der profilierten Stäbe alle Freilaufeinrichtungen gleichzeitig umgeschaltet werden können.
Um die Freiläufe eines Kurbel-CVT-Getriebes zur Änderung der Fahrtrichtung eines Fahrzeugs umschalten zu können, muss das Kurbel-CVT-Getriebe lastfrei sein. Daher muss die Abtriebseinheit des Kurbel-CVT-Getriebes vom Differenzial entkoppelt werden. Bei den bisher bekannten Kurbel-CVT-Getrieben erfolgt die Entkopplung bzw. Entriegelung der Abtriebseinheit sowie die Aktivierung der Umschaltung mittels Lamellenkupplungen oder mittels mehrerer Schiebemuffen. Dabei haben die Lamellenkupplungen oder die Schiebemuffen die Funktion von Aktuatoren.
Die Entriegelung oder Entkopplung der Abtriebseinheit durch Lamellenkupplungen oder Schiebemuffen hat den Nachteil, dass oft für eine Vielzahl an Freiläufen auch eine Vielzahl an Aktuatoren nötig ist. Eine Vielzahl an Aktuatoren erfordert einen größeren Bauraumbedarf für das Kurbel-CVT-Getriebe. Das bedeutet, dass mit einer zunehmenden Anzahl an Aktuatoren auch ein zunehmender Platzbedarf im Kurbel-CVT-Getriebe einhergeht. Außerdem muss der Entkopplungsvorgang durch eine geeignete Steuerung zeitlich mit dem Umschaltvorgang abgestimmt werden.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Kurbel-CVT-Getriebe vorzusehen, das einen einzigen Aktuator zum Entkoppeln der Antriebseinheit und zur Einleitung der Umschaltung der Freiläufe aufweist.
Diese Aufgabe wird mit einem Kurbel-CVT-Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Entkopplung der Abtriebseinheit eines Kurbel-CVT-Getriebes und die Einleitung der Umschaltung der Freiläufe mit einem einzigen Aktuator zu bewerkstelligen. Dabei erfolgt die Entkopplung der Abtriebseinheit durch einen ersten Mechanismus und die Einleitung der Umschaltung der Freiläufe durch einen zweiten Mechanismus, deren Wirkweise aufeinander abgestimmt ist. Zum Entkoppeln der Abtriebseinheit wird ein Verbindungsmittel, das an einer Innenwelle, die wiederum mit einer Abtriebswelle verbunden ist, angeordnet ist und das ein Verbindungselement zwischen der Abtriebseinheit und dem Differenzial bildet, vom Differenzial getrennt, indem es aus dem Eingriff verschoben wird.
Dabei enthält ein Kurbel-CVT-Getriebe eine Freilaufeinrichtung In Verbindung mit einer Abtriebswelle des Getriebes, die angepasst ist, wahlweise eine Relativdrehung zwischen der Freilaufeinrichtung und der Abtriebswelle zu ermöglichen und zu blockieren. Weiter enthält das Kurbel-CVT-Getriebe eine Umschalteinheit, die angepasst ist, die Freilaufeinrichtung umzuschalten, und eine Innenwelle, die mit der Abtriebswelle und über ein Verbindungsmittel mit einem Differential verbindbar ist. Die Innenwelle ist in axialer Richtung der Abtriebswelle verschiebbar. Das Kurbel-CVT-Getriebe weist weiter einen Aktuator auf, der mit der Umschalteinheit in Wechselwirkung ist und angepasst ist, die Umschaltung der Freilaufeinrichtung ein zuleiten. Dabei weist der Aktuator einen ersten Mechanismus, der angepasst ist, die Innenwelle in axialer Richtung zum Trennen der Innenwelle von dem Differential zu verschieben, und einen zweiten Mechanismus auf, der angepasst ist, die Umschalteinheit anzutreiben. Dabei ist der zweite Mechanismus mit dem ersten Mechanismus gekoppelt und wird zeitlich erst nach dem ersten Mechanismus angetrieben.
Die Entkopplung der Abtriebseinheit erfolgt bevorzugt z. B. durch Ausspuren des Verbindungsmittels unter Verwendung eines Rampenmechanismus. Dabei weist der Rampenmechanismus Rampenkörper in Form von Kugeln oder Rollen auf. Die Betätigung des Rampenmechanismus erfolgt über einen ersten Planetensatz. Die Umschaltung der Freiläufe erfolgt über zwei weitere Planetensätze.
Die drei Planetensätze weisen bevorzugt einen gemeinsamen Steg und somit einen gemeinsamen Planetenträger auf. Über den gemeinsamen Planetenträger und eine geeignete Verbindung des ersten und des zweiten Mechanismus ist die Umschaltung der Freiläufe zeitlich auf die Entkopplung der Abtriebseinheit abgestimmt.
Das bedeutet, dass, dem Grundgedanken der Erfindung entsprechend, der Umschaltvorgang der Freiläufe in Abhängigkeit von dem und abgestimmt auf den Fortschritt von dem Entkopplungsvorgang der Abtriebseinheit erfolgt. Die Umschaltung der Freiläufe findet erst dann statt, wenn die Entkopplung des Verbindungsmittels abgeschlossen und die Abtriebseinheit lastfrei ist. Eine Fehlsteuerung kann aufgrund der bevorzugterweise mechanischen Wirkverbindung zwischen dem Umschaltvorgang und dem Entkopplungsvorgang vermieden werden. So wird ein sicherer Betriebsablauf des Kurbel-CVT-Getriebes bei gleichzeitig geringem Bauraumbedarf ermöglicht.
Das Verbindungsmittel kann vorzugsweise einem Kegelrad entsprechen. Die Umschalteinheit kann eine Spindeleinheit oder ein sonstiger Umschaltmechanismus sein.
Bei der Entlastung der Antriebseinheit mittels des ersten Mechanismus wird die Antriebseinheit in einen lastfreien Zustand bezüglich der Kopplung zum Differential versetzt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist der erste Mechanismus einen Antrieb auf. Über den Antrieb wird der Aktuator angetrieben.
Vorteilhafterweise ist der Antrieb ein Schneckentrieb bzw. ein Schneckenrad.
Weiter weist der erste Mechanismus vorteilhafterweise ein erstes Hohlrad, einen ersten Planetensatz und ein erstes Sonnenrad auf. Zum Antreiben des Aktuators greift der Schneckentrieb in den entsprechend für einen Eingriff des Schneckentriebs gestalteten Bereich am Umfang des ersten Hohlrads ein.
Planetengetriebe haben den Vorteil über eine charakteristische kompakte Bauform zu verfügen. So liegt der Vorteil von Planetengetrieben gegenüber anderen Getriebebauarten einerseits in ihrer kompakten Größe bei vergleichbarer Übersetzung und in der Möglichkeit koaxialer Richtungsumwandlungen.
Bevorzugterweise beinhaltet der erste Mechanismus weiter den Rampenmechanismus bzw. alternativ einen anderen Mechanismus, der für eine Längsverschiebung der Innenwelle sorgt. Dabei weist der Rampenmechanismus einen Rampenplanetensatz, eine erste Rampe, die fest mit der Innenwelle verbunden ist, und eine zweite Rampe, die fest in einem Rampengehäuse angeordnet ist, auf. Zwischen der ersten Rampe und der zweiten Rampe, die in axialer Richtung der Abtriebseinheit aufeinanderfolgend angeordnet sind, ist wenigstens ein Rampenkörper angeordnet. Der Rampenkörper kann eine Kugel oder eine Rolle sein.
Bevorzugterweise weist der erste Mechanismus weiter eine Druckfeder auf, die angepasst und angeordnet ist, die erste Rampe und die zweite Rampe zusammenzudrücken. Die Druckfeder übt dabei eine stetige Kraft auf die erste Rampe und die zweite Rampe aus und versieht die erste Rampe und die zweite Rampe somit mit einer Spannung, die die erste Rampe und die zweite Rampe gegeneinander drückt und somit für eine Vorbelastung in den Kopplungszustand sorgt.
Der Vorteil eines Rampenmechanismus mit einer in axialer Richtung der Abtriebseinheit verschiebbaren Rampe liegt darin, dass durch eine gezielte Ausgestaltung der Rampen, auch eine gezielte und damit exakt vorher bestimmbare axiale Verschiebung der verschiebbaren Innenwelle und somit der Rampe ermöglicht wird. Ein kontrolliertes Ausspuren und Einspuren des Kegelrads wird folglich garantiert. Wenn die erste Rampe und die zweite Rampe unentwegt durch eine Feder, insbesondere durch eine Druckfeder, gegeneinander verspannt sind, wird somit eine einwandfreie und vorherbestimmte Bewegung des Rampenkörpers bewirkt.
Vorteilhafter Weise weist der erste Mechanismus eine weitere Feder, insbesondere eine Bogenfeder auf, die zwischen dem ersten Sonnenrad und dem Rampenmechanismus angeordnet ist.
Der Vorteil einer Bogenfeder zwischen dem ersten Sonnenrad und dem Rampenmechanismus liegt darin, dass die Schaltenergie der Freilaufumschaltung in der Bogenfeder zwischengespeichert wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Zahnköpfe des Kegelrads ein sofortiges Einspuren im Differenzial nach der Umschaltung verhindern. Unter Verwendung der Bogenfeder springt das Kegelrad wieder in den Eingriff, sobald das Fahrzeug, das das Kurbel-CVT-Getriebe aufweist, langsam anfährt, und die erste Rampe verriegelt die Position. Durch die Feder wird somit die Energie zwischengespeichert, die zum Einspuren erforderlich ist.
Vorteilhafter Weise weist der zweite Mechanismus ein zweites Hohlrad, einen zweiten Planetensatz und ein zweites Sonnenrad auf.
Vorteilhafterweise weist der zweite Mechanismus zudem noch ein drittes Hohlrad, einen dritten Planetensatz und ein drittes Sonnenrad auf.
Dabei ist es bevorzugt, wenn das erste Sonnenrad und das dritte Sonnenrad drehbar in der Abtriebseinheit gelagert sind, und das zweite Sonnerad fest mit dem Rampengehäuse verbunden ist. Dabei ist das zweite Sonnenrad fest am Umfang des Rampengehäuses angeordnet.
Neben dem Vorteil, über eine kompakte Bauform zu verfügen, ist die koaxiale Richtungsumwandlung besonders vorteilhaft, die durch drei oder mehr, meist koaxial angeordnete Wellen im Planetengetriebe erreicht wird. Kräfte, die radial weit außen auf die Abtriebseinheit, insbesondere auf das erste Hohlrad, aufgebracht werden, können mittels eines Planetengetriebes und/oder mehrerer Planetengetriebe radial ins Innere der Abtriebseinheit weiter gegeben werden.
Vorteilhafterweise weisen der erste Planetensatz des ersten Mechanismus und der zweite Planetensatz und dritte Planetensatz des zweiten Mechanismus einen gemeinsamen Planetenträger auf. Der Planetenträger entspricht einem Steg, auf dem der erste, der zweite und der dritte Planetensatz angeordnet sind.
Durch den gemeinsamen Planetenträger ist der Umschaltvorgang in vorteilhafter Weise mit dem Entkopplungsvorgang verknüpft. Somit erfolgt das Umschalten der Freilaufeinrichtung zeitlich erst dann, wenn die Entkopplung des Kegelrads vom Differenzial abgeschlossen ist. Das heißt, die Umschaltung der Freilaufeinrichtung erfolgt erst, wenn das Kegelrad vom Differenzial entkoppelt und die Abtriebseinheit somit lastfrei ist. Somit wird gewährleistet, dass die Freilaufeinrichtung des Kurbel-CVT-Getriebes nur dann umgeschaltet wird, wenn das Kurbel-CVT-Getriebe lastfrei ist.
Vorteilhafter Weise weist das zweite Hohlrad des zweiten Mechanismus auf der Fläche, die dem ersten Hohlrad zugeordnet ist, wenigstens eine bogenförmige Nut auf, in der ein Stift angeordnet ist, der fest mit dem ersten Hohlrad verbunden ist. Dabei verläuft die wenigstens eine Nut in der radialen Erstreckungsrichtung bzw. Ausdehnungsrichtung des zweiten Hohlrads. Durch den Stift wird eine Verbindung des ersten Hohlrads mit dem zweiten Hohlrad ermöglicht.
Bevorzugter Weise weist das zweite Hohlrad auf der Fläche, die dem ersten Hohlrad zugeordnet ist, drei bogenförmige Nuten auf, in denen jeweils ein Stift angeordnet ist, der fest mit dem ersten Hohlrad verbunden ist. Dabei verlaufen die drei Nuten in der radialen Erstreckungsrichtung bzw. Ausdehnungsrichtung des zweiten Hohlrads. Durch die Stifte wird eine Verbindung des ersten Hohlrads mit dem zweiten Hohlrad ermöglicht.
Die Verbindung des ersten Hohlrads und des zweiten Hohlrads über Stifte, die in Nuten laufen, ist besonders vorteilhaft, da auf diese Weise die Verdrehung des ersten Hohlrads relativ zu dem zweiten Hohlrad gezielt gesteuert werden kann. Das heißt die Drehung bzw. Rotation des zweiten Hohlrads ist abhängig von der Stellung des ersten Hohlrads. Durch die Nuten in dem zweiten Hohlrad, in denen die Stifte, die mit dem ersten Hohlrad fest verbunden sind, laufen, kann genau bestimmt werden, wann die Umschaltung der Freilaufeinheit erfolgen kann bzw. soll, nämlich sobald die Abtriebseinheit des Kurbel-CVT-Getriebes lastfrei ist.
Vorzugsweise sind das zweite Hohlrad des zweiten Mechanismus und das dritte Hohlrad des zweiten Mechanismus über wenigstens eine Rastierung miteinander verbunden.
Die Rastierung hat den Vorteil, eine Verdrehung des zweiten Hohlrads gegenüber dem ersten Hohlrad während des Umschaltvorgangs der Freiläufe zu verhindern und so eine reibungslose Umschaltung zu ermöglichen. Somit sind das zweite Hohlrad und das dritte Hohlrad nicht dauerhaft miteinander verbunden, sondern lediglich während des Umschaltvorgangs der Freilaufeinrichtung miteinander gekoppelt.
Bevorzugterweise entspricht die Umschalteinheit einer Spindel bzw. einer Spindeleinheit, die aus mehreren Spindelstangen besteht, die wiederum in axialer Richtung der Abtriebswelle verschiebbar sind. Über die axiale Verschiebung wird die Freilaufeinrichtung umgeschaltet. Dazu weist die Spindeleinheit auf ihrem Umfang in radialer Richtung Einfräsungen oder Einkerbungen auf.
Über eine Spindeleinheit, die in axialer Richtung der Abtriebswelle verschiebbar gestaltet ist, können vorteilhafterweise eine große Anzahl an Freiläufen umgeschaltet werden.
Vorzugsweise ist die Freilaufeinrichtung als umschaltbarer Freilauf ausgebildet, der wahlweise eine Relativdrehung in eine erste oder zweite Relativdrehrichtung zwischen der Freilaufeinrichtung und der Abtriebswelle blockiert und die Relativdrehung zwischen der Freilaufeinrichtung und der Abtriebswelle in der anderen aus der ersten oder zweiten Relativdrehrichtung ermöglicht.
Umschaltbare Freiläufe haben den Vorteil, einen kompakten und damit stabilen Aufbau aufzuweisen und daher besonders verschleißfest und dauerhaft belastbar zu sein.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, in denen:
1 eine Querschnittsansicht in Axialrichtung einer Abtriebseinheit eines Kurbel-CVT-Getriebes gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Aktuator und einem eingespurtem Kegelrad zwischen einer Gelenkwelle des Getriebes und einem Differential ist,
2 eine Querschnittsansicht der Antriebseinheit eines Kurbel-CVT-Getriebes mit einem Aktuator und ausgespurtem Kegelrad ist,
3 eine Querschnittsansicht des Aktuators ist,
4 eine perspektivische Ansicht der Gelenkwelle mit einer Druckfeder, einem Rampenmechanismus und einem Kegelrad ist,
5 eine perspektivische Ansicht der Gelenkwelle mit der Druckfeder, einer Spindel und einem Rampengehäuse ist,
6 eine perspektivische Ansicht der Abtriebswelle mit der Spindel und dem Rampengehäuse ist,
7 eine perspektivische Ansicht der Abtriebswelle mit der Spindel ist,
8 eine perspektivische Ansicht der Abtriebswelle mit einem ersten Hohlrad, einem Schneckentrieb und einem zweiten Hohlrad ist,
9 eine perspektivische Ansicht der Abtriebswelle mit dem ersten Hohlrad, dem Schneckentrieb, dem zweiten Hohlrad und einem dritten Hohlrad ist,
10 eine perspektivische Ansicht des zweiten Hohlrads ist,
11 eine perspektivische Ansicht des ersten Hohlrads ist,
12 eine Draufsicht auf das zweite Hohlrad und den Rampenmechanismus in einer ersten Umschaltphase ist,
13 eine Draufsicht auf das zweite Hohlrad und den Rampenmechanismus in einer zweiten Umschaltphase ist,
14 eine Draufsicht auf das zweite Hohlrad und den Rampenmechanismus in einer dritten Umschaltphase ist,
15 eine Draufsicht auf das zweite Hohlrad und den Rampenmechanismus in einer vierten Umschaltphase ist,
16 eine Draufsicht auf das zweite Hohlrad und den Rampenmechanismus in einer fünften Umschaltphase ist,
17 eine Draufsicht auf das zweite Hohlrad und den Rampenmechanismus in einer sechsten Umschaltphase ist,
18 eine Draufsicht auf das zweite Hohlrad und den Rampenmechanismus in einer siebten Umschaltphase ist,
19 eine Draufsicht auf das zweite Hohlrad und den Rampenmechanismus in einer achten Umschaltphase ist.
In den Figuren wird eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kurbel-CVT-Getriebes gezeigt.
1 und 2 zeigen insbesondere eine Abtriebseinheit 1 eines Kurbel-CVT-Getriebes. Eine Freilaufeinrichtung 10 ist in Form von mehreren in axialer Richtung nacheinander angeordneten Freiläufen zur Verbindung mit der Antriebsseite des Getriebes (nicht dargestellt) vorgesehen. Die Freiläufe weisen dazu z. B. jeweils Anlenkpunkte für pleuelähnliche Verbindungselemente zu den Exzentereinheiten der Antriebsseite auf. Die Freiläufe sind auf einer Abtriebswelle 500 des Getriebes vorgesehen. In der Abtriebswelle 500 sind in axialer Richtung Bohrungen vorgesehen, in die jeweils axial verstellbar eine Spindeleinheit 30 aufgenommen ist. Dabei beinhaltet die Spindeleinheit 30 mehrere Spindelstangen 300 und dient als Umschalteinrichtung. Die Abtriebseinheit 1 weist in Axialrichtung ein erstes Ende 40, das einer Verbindungsstelle zu einem Differential 2 entspricht, und ein zweites Ende 50 auf, das z. B. eine Lagerung der Abtriebswelle 500 am Gehäuse vorsieht. Die Freilaufeinrichtung 10 ist an dem zweiten Ende 50 angeordnet. Am ersten Ende 40 ist ein Aktuator 20 vorgesehen, der später im einzelnen beschrieben wird.
In der Abtriebswelle 500 ist weiter eine zentrale Durchgangsbohrung angeordnet, in der eine Innenwelle oder Gelenkwelle 400 angeordnet ist. Die Gelenkwelle 400 erstreckt sich von dem ersten Ende 40 bis zum zweiten Ende 50 des Getriebes. Auf der Gelenkwelle 400 ist an dem ersten Ende 40 ein Kegelrad 180 angeordnet. In axialer Richtung der Gelenkwelle 400 ist dem Kegelrad 180 nachfolgend in Richtung des zweiten Endes 50 ein Rampenmechanismus 160 angeordnet. Ferner ist eine Druckfeder 164 vorgesehen, die spiralförmig um die Gelenkwelle 400 angeordnet ist und die Gelenkwelle 400 gegenüber der Abtriebswelle 500 in Richtung des Differentials 2 vorbelastet. Die Druckfeder 164 ist in Richtung des zweiten Endes 50 in axialer Richtung der Gelenkwelle 400 dem Rampenmechanismus 160 nachfolgend angeordnet.
Bei den in 1 und 2 gezeigten eine Schnittansichten der Abtriebseinheit 1 zeigt 1 einen Zustand des Kurbel-CVT-Getriebes, bei dem die Abtriebseinheit 1 mit dem Differential 2 gekoppelt ist und die Abtriebseinheit 1 über das Kegelrad 180 mit dem Differenzial 2 verbunden ist. 2 zeigt einen Zustand des Kurbel-CVT-Getriebes, bei dem die Abtriebseinheit 1 nicht mit dem Differential 2 gekoppelt ist und das Kegelrad 180 der Abtriebseinheit 1 nicht mit dem Differenzial 2 verbunden ist. Für den gekoppelten Zustand ist das Kegelrad 180 am äußersten ersten Ende 40 der Abtriebseinheit 1 positioniert. Für den entkoppelten Zustand wird das Kegelrad 180 in Richtung des zweiten Endes 50 der Abtriebseinheit 1 zurück bewegt.
3 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Aktuators 20 aus 2. Der Aufbau des Aktuators 20 wird im Folgenden anhand der 3 bis 11 erklärt.
Der Aktuator 20 ist an dem ersten Ende 40 angeordnet. Der Aktuator 20 weist einen ersten Mechanismus 100 (rechts in 3) für die Entkopplung der Abtriebseinheit 1 von dem Differential 2 und einen zweiten Mechanismus 200 (links in 3) für die Betätigung der Spindeleinheit 30 auf. Dabei ist der erste Mechanismus 100 nahe dem ersten Ende 40 der Abtriebseinheit 1 angeordnet und der zweite Mechanismus 200 in axialer Richtung der Abtriebseinheit 1 hinter dem ersten Mechanismus 100 in Richtung des zweiten Endes 50 angeordnet. Die Spindeleinheit 30 schließt sich in axialer Richtung an den zweiten Mechanismus 200 an und erstreckt sich bis zu dem zweiten Ende 50 der Abtriebseinheit 1.
Der erste Mechanismus 100 des Aktuators 20 weist ein erstes Hohlrad 110, einen ersten Planetensatz 120, der mit dem ersten Hohlrad 110 kämmt, und ein erstes Sonnenrad 130, das in der Abtriebseinheit 1 gelagert ist und mit dem ersten Planetensatz kämmt, auf. Des Weiteren weist der erste Mechanismus 100 einen Rampenmechanismus 160 auf. Der Rampenmechanismus 160 beinhaltet einen Rampenplanetensatz 140, der drei Rampenplanetenräder beinhaltet, eine erste Rampe 161, eine zweite Rampe 162 und drei kugelförmige Rampenkörper 163 (siehe 12 bis 19), die in einer Führungsnut mit entlang des Umfangs veränderlicher Tiefe zwischen der ersten Rampe 161 und der zweiten Rampe 162 angeordnet sind. In axialer Richtung der Abtriebseinheit 1 (in Richtung des ersten Endes 40) ist neben dem Rampenmechanismus 160 das Kegelrad 180 angeordnet. Der Rampenmechanismus 160 weist weiter ein Rampengehäuse 150 auf. Weiter weist der erste Mechanismus 100 zwischen dem ersten Sonnerad 130 und dem Rampenmechanismus 160 eine Bogenfeder 170 auf, die der Speicherung der Schaltenergie dient.
In einer Aussparung in einem Getriebegehäuse 600 ist ein Schneckentrieb 105 angeordnet, der an einem äußeren Umfang des ersten Hohlrads 110, das unterhalb der Aussparung in dem Getriebegehäuse 600 positioniert ist, angreift.
Der zweite Mechanismus 200 ist in axialer Richtung der Abtriebseinheit 1 (in Richtung des zweiten Endes 50) dem ersten Mechanismus 100 nachfolgend angeordnet. Der zweite Mechanismus 200 beinhaltet ein zweites Hohlrad 210, einen zweiten Planetensatz 220 und ein zweites Sonnenrad 230. Das zweite Sonnenrad 230 ist fest mit dem Rampengehäuse 150 verbunden. Der zweite Mechanismus 200 weist weiter ein drittes Hohlrad 240, einen dritten Planetensatz 250 und ein drittes Sonnenrad 260, das in der Abtriebseinheit 1 gelagert ist, auf. Dabei sind das dritte Hohlrad 240, der dritte Planetensatz 250 und das dritte Sonnerad 260 in axialer Richtung der Abtriebseinheit 1 (in Richtung des zweiten Endes 50) hinter dem jeweiligen zweiten Hohlrad 210, dem zweiten Planetensatz 220 und dem zweiten Sonnenrad 230 angeordnet. Das dritte Sonnenrad 260 kämmt mit den Spindelstangen 300 der Spindeleinheit 30. Zwischen der Gelenkwelle 400 und der Abtriebswelle 500 ist im Bereich des Aktuators 20 ein Rampengehäuse 150 angeordnet.
Das erste Hohlrad 110 ist mit dem zweiten Hohlrad 210 über drei an der Stirnfläche des ersten Hohlrads 110 fest angebrachte und in den Nuten 211 in der Stirnfläche des zweiten Hohlrads 220 laufende Stifte 220 verbunden (siehe 10 und 11). Das zweite Hohlrad 210 ist mit dem dritten Hohlrad 240, das fest in dem Getriebegehäuse 600 angeordnet ist, über eine Rastierung 241 verbunden, die im Wesentlichen eine Spiralfeder und eine Kugel enthält.
Der erste Planetensatz 120, der zweite Planetensatz 220 und der dritte Planetensatz 250 weisen einen gemeinsamen Planetenträger 270 auf und beinhalten jeweils drei Planetenräder.
In den 4 bis 11 sind Einzelteile des Kurbel-CVT-Getriebes in perspektivischer Ansicht gezeigt.
Die 4 und 5 zeigen perspektivische Ansichten der Gelenkwelle 400, auf der spiralförmig die Druckfeder 164 angeordnet ist.
Dabei zeigt 4 das Kegelrad 180, das an dem ersten Ende 40 der Abtriebseinheit 1 auf der Gelenkwelle 400 angeordnet ist. Der Rampenmechanismus 160 ist in einer axialen Richtung der Abtriebseinheit 1 (in Richtung des zweiten Endes 40) auf der Gelenkwelle 400 hinter dem Kegelrad 180 angeordnet. Dabei weist die erste Rampe 161 einen Sonnenradabschnitt auf, der zum Kämmen mit dem Rampenplanetensatz 140 des ersten Mechanismus 100 dient. Die erste Rampe 161 ist in axialer Richtung der Abtriebseinheit 1 verschiebbar gelagert. Die zweite Rampe 162 ist fest mit der Abtriebseinheit 1 verbunden.
5 zeigt das Rampengehäuse 150, das das Kegelrad 180 und den Rampenmechanismus 160 umfasst. Der Rampenplanetensatz 140 durchdringt mit den drei Rampenplanetenrädern das Rampengehäuse 150 an drei den dafür vorgesehenen Aussparungen im Rampengehäuse 150.
Die 6 bis 9 zeigen die Abtriebswelle 500, die Spindeleinheit 30 und das Rampengehäuse 150 mit den Aussparungen für die drei Rampenplanetenräder des Rampenplanetensatzes 140. Die Spindeleinheit 30 weist sechs separate axial verschiebbare Spindelstangen 300 auf, die in der Abtriebswelle 500 gelagert sind (7).
8 zeigt das erste Hohlrad 110, sowie den Schneckentrieb 105, der an einem äußeren Umfang des Hohlrads 110 angreift. Das erste Hohlrad 110 ist derart angepasst, dass der Schneckentrieb 105 an dem äußeren Umfang des ersten Hohlrads 110 angreifen kann. Das bedeutet, dass das erste Hohlrad 110 an seinem äußeren Umfang ein entsprechend geartetes Rillenprofil für den Eingriff des Schneckentriebs 105 aufweist.
9 zeigt das erste Hohlrad 110, das zweite Hohlrad 210 und das dritte Hohlrad 240, die in axialer Richtung der Abtriebseinheit 1 hintereinander radial um die Abtriebswelle herum angeordnet sind. Dabei ist das erste Hohlrad 110 nahe dem ersten Ende 40 der Abtriebseinheit 1 angeordnet und das zweite Hohlrad 210 und das dritte Hohlrad 240 in Richtung des zweiten Endes 50 hinter dem ersten Hohlrad 110 angeordnet.
10 zeigt eine perspektivische Ansicht des zweiten Hohlrads 210. Auf der dem ersten Ende 40 der Antriebseinheit 1 zugewandten Seite sind nahe dem Umfang des zweiten Hohl rads 210 drei bogenförmige Nuten 211 angeordnet. In jeder der drei Nuten 211 ist ein Stift 212 verschiebbar angeordnet.
11 zeigt das erste Hohlrad 110 und drei gleichmäßig an der dem zweiten Ende 50 zugewandten Seite des ersten Hohlrads 100 nahe am Umfang des ersten Hohlrads 110 angeordnete Stifte 212. Die Stifte 212, die in den Nuten 211 verschiebbar sind (10), sind fest mit dem ersten Hohlrad 110 verbunden.
In den 12 bis 19 ist eine Draufsicht auf die zweite Rampe 162 gezeigt.
Die zweite Rampe 162 weist an einer Seite bzw. Fläche, die dem ersten Ende 40 der Abtriebseinheit 1 zugewandt bzw. zugeordnet ist, drei in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte bogenförmige Rampenbereiche 165 auf. Jeder der drei bogenförmigen Rampenbereiche 165 enthält zwei erste Rampenabschnitte 166, zwei zweite Rampenabschnitte 167 und zwei dritte Rampenabschnitte 168. Die zwei dritten Rampenabschnitte 168 liegen nebeneinander. Außenseitig grenzen an die beiden dritten Rampenabschnitten 168 die beiden zweiten Rampenabschnitte 167 und an die beiden zweiten Rampenabschnitten 167 die beiden ersten Rampenabschnitte 166 an, so dass in einer Draufsicht auf die Rampe 162 die beiden ersten 166, zweiten 167 und dritten Rampenabschnitte 168 jeweils symmetrisch zu einer Symmetrieachse sind, die die ersten Rampenabschnitte 166 voneinander trennt.
Die ersten Rampenabschnitte 166 und die dritten Rampenabschnitte 168 sind ohne Steigung entlang der Rampe 162 und weisen somit Rampenflächen auf, die jeweils senkrecht zur axialen Richtung der Abtriebseinheit 1 sind. Allerdings befinden sich die ersten 166 und dritten Rampenflächen 168 in zueinander verschiedenen Ebenen senkrecht zur Axialrichtung. Die zweiten Rampenabschnitte 167 verbinden die ersten Rampenabschnitte 166 mit den dritten Rampenabschnitten 168 und haben abfallende Rampenflächen. Die ersten Rampenabschnitte 166 sind somit in axialer Richtung der Abtriebseinheit 1 (in Richtung des ersten Endes 40) am weitesten bezüglich der Rampe 162 erhaben bzw. am wenigsten vertieft, wohingegen die dritten Rampenabschnitte 168 in axialer Richtung der Abtriebseinheit 1 (in Richtung des zweiten Endes 50) am tiefsten in die Rampe 162 eingesunken sind.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des Umschaltmechanismus und des Aktuators beschrieben:
Die 12 bis 19 zeigen mittels Draufsichten auf das zweite Hohlrad 210 und auf die zweite Rampe 162 verschiedene Schaltphasen des Aktuators 20. Die Schaltphasen sind abhängig von der Position der drei Stifte 212 in den drei Nuten 211 des zweiten Hohlrads 210 und der Position der drei kugelförmigen Rampenkörper 163 in der zweiten Rampe 162.
In 12 befinden sich die drei Stifte 212 in den drei Nuten 211 zwischen dem ersten Nutendpunkt 213 und dem zweiten Nutendpunkt 214 der Nuten 211. Die drei kugelförmigen Rampenkörper 163 sind jeweils an den ersten Rampenabschnitten 166 positioniert. Das bedeutet, dass 12 die erste Umschaltphase des Aktuators 20 zeigt. In der ersten Umschaltphase ist die Abtriebseinheit 1 des Kurbel-CVT-Getriebes mit dem Differential 2 verbunden, das heißt, das Kegelrad 180 ist mit dem Differential 2 gekoppelt und die Freilaufeinrichtung 10 der Abtriebseinheit 1 ermöglicht eine Drehbewegung der Abtriebseinheit 1 in eine erste Drehrichtung. Dabei sind die kugelförmigen Rampenkörper 163 an den ersten Rampenabschnitten 166 angeordnet und die Stifte 212 befinden sich in den Nuten 211 an einer Position zwischen den ersten Nutendpunkten 213 und den zweiten Nutendpunkten 214.
Um den Umschaltmechanismus 20 der Freiläufe anzutreiben, beginnt der Schneckentrieb 105 (nicht dargestellt) das erste Hohlrad 110 (nicht dargestellt) anzutreiben. Dabei dreht sich das zweite Hohlrad 210 zunächst nicht. Die fest mit dem ersten Hohlrad 110 verbundenen Stifte 212 laufen in den Nuten 211 des zweiten Hohlrads 210 in eine erste Drehrichtung. Die kugelförmigen Rampenkörper 163, die sich in 12 in den ersten Rampenabschnitten 166 befinden, bewegen sich durch die Drehungen der ersten Rampe 161 (nicht dargestellt) in die erste Drehrichtung entlang den Rampenbereichen 165 ebenfalls in die erste Drehrichtung, was in 13 gezeigt ist.
In 13 befinden sich die drei Stifte 212 jeweils an einem ersten Nutendpunkt 213 der jeweiligen Nut 211. Die drei kugelförmigen Rampenkörper 163 sind jeweils an den zweiten Rampenabschnitten 167 positioniert, die einer Bewegung der kugelförmigen Rampenkörper 163 in eine erste Drehrichtung entsprechen. Das bedeutet, dass 13 die zweite Umschaltphase zeigt. In der zweiten Umschaltphase ist die Abtriebseinheit 1 des Kurbel-CVT-Getriebes nicht mehr mit dem Differential 2 verbunden, das heißt, das Kegelrad 180 wird von dem Differential 2 entkoppelt. Dazu befinden sich die kugelförmigen Rampenkörper 163 im zweiten Rampenabschnitt 167, der von dem ersten Rampenabschnitt 166 in Richtung des dritten Rampenabschnitts abfällt und drücken somit die Rampen 161, 162 auseinander, was zu einer Relativverschiebung der Gelenkwelle 400 bezüglich der Abtriebswelle 500 führt. Die Stifte 212 gehen an den ersten Nutendpunkten 213 mit dem zweiten Hohlrad 210 auf Anschlag.
Da sich das erste Hohlrad 110 immer noch in eine erste Drehrichtung dreht, wird das zweite Hohlrad 210 ab dem Moment, an dem die Stifte 212 mit den ersten Nutendpunkten 213 auf Anschlag gehen, von dem ersten Hohlrad 110 in die erste Drehrichtung mitgenommen. Die kugelförmigen Rampenkörper 163 bewegen sich ebenfalls weiter in die erste Drehrichtung, was in 14 gezeigt ist.
In 14 befinden sich die drei Stifte 212 jeweils an den ersten Nutendpunkten 213 der jeweiligen Nuten 211. Die drei kugelförmigen Rampenkörper 163 sind jeweils an den dritten Rampenabschnitten 168 positioniert, die einer Bewegung der kugelförmigen Rampenkörper 163 in eine erste Drehrichtung entsprechen. Das bedeutet, dass 14 die dritte Umschaltphase zeigt. Auch in der dritten Umschaltphase ist die Abtriebseinheit 1 des Kurbel-CVT-Getriebes nicht mit dem Differential 2 verbunden, das heißt, das Kegelrad 180 ist immer noch von dem Differential 2 entkoppelt. Die Stifte 212 befinden sich an den ersten Nutendpunkten 213 und die kugelförmigen Rampenkörper 163 sind in dem dritten Rampenabschnitt 168 angeordnet.
Das zweite Hohlrad 210 dreht somit über den zweiten Planetensatz 220 und den Planetenträger 270 den dritten Planetensatz und das dritte Sonnenrad 260, das die Spindeleinheit 30 antreibt und so die Freilaufeinrichtung 10 von der ersten Drehrichtung zur zweiten Drehrichtung umschaltet. Somit erfolgt die Umschaltung der Freilaufeinrichtung 10 von der ersten Drehrichtung in eine zweite Drehrichtung in der dritten Umschaltphase.
Um eine Verdrehung des zweiten Hohlrads 210 gegenüber dem dritten Hohlrad 250 während der Umschaltung der Freilaufeinheit 10 zu vermeiden, wird das zweite Hohlrad 210 während des Umschaltvorgangs über die Rastierung 241 in seiner Position relativ zum dritten Hohlrad 250 gehalten. Sobald der Umschaltvorgang vorbei ist, löst sich die Rastierung 241 und das zweite Hohlrad 210 kann sich wieder gegenüber dem dritten Hohlrad 250 verdrehen, was in 15 gezeigt ist.
Die Umschaltung der Freilaufeinrichtung 10 von einer ersten Drehrichtung in eine zweite Drehrichtung bewirkt, dass sich alle drehenden Bauteile der Abtriebseinheit 1 in eine zweite Drehrichtung bewegen.
In 15 befinden sich die drei Stifte 212 zwischen den jeweiligen ersten Nutendpunkten 213 und den jeweiligen zweiten Nutendpunkten 214 der Nuten 211. Die drei kugelförmigen Rampenkörper 163 sind jeweils an den zweiten Rampenabschnitten 167 positioniert, die einer Bewegung der kugelförmigen Rampenkörper 163 in eine zweite Drehrichtung entsprechen. Das bedeutet, dass 15 die vierte Umschaltphase zeigt. Auch in der vierten Umschaltphase ist die Abtriebseinheit 1 des Kurbel-CVT-Getriebes nicht mit dem Differential 2 verbunden, das heißt, das Kegelrad 180 ist von dem Differential 2 entkoppelt. Die drei Stifte 212 sind in den Nuten 211 jeweils an einer Position zwischen den ersten Nutendpunkten 213 und den zweiten Nutendpunkten 214 angeordnet. Die kugelförmigen Rampenkörper 163 befinden sich an den zweiten Rampenabschnitten 167.
Die Stifte 212 bewegen sich in den Nuten 211 von den ersten Nutendpunkten 213 in Richtung der zweiten Nutendpunkte 214 in die zweite Drehrichtung. Das zweite Hohlrad 210 dreht sich somit nicht. Auch die kugelförmigen Rampenkörper 163 bewegen sich in die zweite Drehrichtung, was in 16 gezeigt ist.
In 16 befinden sich die drei Stifte 212 jeweils an den jeweiligen zweiten Nutendpunkten 214 der Nuten 211. Die drei kugelförmigen Rampenkörper 163 sind jeweils an den ersten Rampenabschnitten 166 positioniert. Das bedeutet, dass 16 die fünfte Umschaltphase zeigt. In der fünften Umschaltphase ist die Abtriebseinheit 1 des Kurbel-CVT-Getriebes wieder mit dem Differential 2 verbunden, das heißt, das Kegelrad 180 ist wieder mit dem Differential 2 gekoppelt, um die zweite Drehrichtung der Abtriebseinheit 1 auf das Differential 2 zu übertragen.
Dabei bewegen sich die kugelförmigen Rampenkörper 163 weiter in die zweite Drehrichtung und befinden sich in der fünften Umschaltphase wieder an den ersten Rampenabschnitten 166. Die Stifte 212 laufen noch in den Nuten 211 zwischen den ersten Nutendpunkten 213 und den zweiten Nutendpunkten in die zweite Drehrichtung und somit bewegt sich das zweite Hohlrad 210 nicht.
Sobald eine erneute Umschaltung der Freilaufeinrichtung 10 für eine Drehrichtungsumkehr durchgeführt werden soll, erfolgt erneut die Entkopplung der Antriebseinheit 1 von dem Differential 2, um eine lastfreie Umschaltung der Freilaufeinrichtung 10 zu ermöglichen. Dies ist in 17 zu sehen.
In 17 befinden sich die drei Stifte 212 jeweils an den zweiten Nutendpunkten 214 der Nuten 211. Die drei kugelförmigen Rampenkörper 163 sind jeweils an den zweiten Rampenabschnitten 167 positioniert, die einer Bewegung der kugelförmigen Rampenkörper 163 in eine zweite Drehrichtung entsprechen. Das bedeutet, dass 17 die sechste Umschaltphase zeigt. In der sechsten Umschaltphase ist die Abtriebseinheit 1 des Kurbel-CVT-Getriebes nicht mehr mit dem Differential 2 verbunden, das heißt das Kegelrad 180 ist von dem Differential entkoppelt und die Abtriebseinheit ist lastfrei.
Da sich die Abtriebseinheit 1 immer noch in die zweite Drehrichtung dreht, bewegen sich die kugelförmigen Rampenkörper 163 zunächst auch in die zweite Drehrichtung. Auch die Stifte 212 bewegen sich in den Nuten 211 in eine zweite Drehrichtung und gehen mit den zweiten Nutendpunkten 214 auf Anschlag. Ab diesem Zeitpunkt wird das zweite Hohlrad 210 wieder von dem ersten Hohlrad 110 mitgenommen und bewegt sich in die zweite Drehrichtung, was in 18 gezeigt ist.
In 18 befinden sich die drei Stifte 212 zwischen den jeweiligen ersten Nutendpunkten 213 und den jeweiligen zweiten Nutendpunkten 214 der Nuten 211. Die drei kugelförmigen Rampenkörper 163 sind jeweils an den dritten Rampenabschnitten 168 positioniert, die einer Bewegung der kugelförmigen Rampenkörper 163 in eine zweite Drehrichtung entsprechen. Das bedeutet, dass 18 die siebte Umschaltphase zeigt. In der siebten Umschaltphase ist die Abtriebseinheit des Kurbel-CVT-Getriebes 1 weiterhin nicht mit dem Differential 2 verbunden, das heißt das Kegelrad 180 bleibt weiterhin von dem Differential entkoppelt. Die Stifte 212 befinden sich weiterhin an den Nutendpunkten 214 und die Kugelförmigen Rampenkörper 163 an den dritten Rampenabschnitten 168.
Durch die Verbindung des ersten Hohlrads 110 (nicht dargestellt) mit dem zweiten Hohlrad 210 über die Stifte 212, die sich an den Nutendpunkten 214 befinden, wird das zweite Hohlrad 210 weiter in die zweite Drehrichtung mitgenommen. Das zweite Hohlrad dreht somit über den zweiten Planetensatz 220 und den Planetenträger 270 den dritten Planetensatz und das dritte Sonnenrad 260, das die Spindel 300 zum Umschalten der Freilaufeinrichtung 10 von der zweiten Drehrichtung zur ersten Drehrichtung antreibt, was in 19 gezeigt ist.
Das zweite Hohlrad 210 dreht somit über den zweiten Planetensatz 220 und den Planetenträger 270 den dritten Planetensatz und das dritte Sonnenrad 260, das die Spindeleinheit 30 antreibt und so die Freilaufeinrichtung 10 von der zweiten Drehrichtung zur ersten Drehrichtung umschaltet. Somit erfolgt die Umschaltung der Freilaufeinrichtung 10 von der zweiten Drehrichtung in eine erste Drehrichtung die in der siebten Umschaltphase.
In 19 befinden sich die drei Stifte 212 zwischen den jeweiligen ersten Nutendpunkten 213 und den jeweiligen zweiten Nutendpunkten 214 der Nuten 211. Die drei kugelförmigen Rampenkörper 163 sind jeweils an den zweiten Rampenabschnitten 167 positioniert, die einer Bewegung der kugelförmigen Rampenkörper 163 in eine erste Drehrichtung entsprechen. Das bedeutet, dass 19 die achte Umschaltphase zeigt. In der achten Umschaltphase ist die Abtriebseinheit des Kurbel-CVT-Getriebes 1 weiterhin nicht mit dem Differential 2 verbunden, das heißt das Kegelrad 180 ist noch von dem Differential entkoppelt.
Die Stifte 212 bewegen sich wieder in eine erste Drehrichtung und befinden sich in den Nuten 211 an Positionen zwischen den ersten Nutendpositionen 213 und den zweiten Nutendpositionen 214. Die kugelförmigen Rampenkörper 163 bewegen sich ebenfalls in die erste Drehrichtung und sind an den zweiten Rampenabschnitten 167 angeordnet.
Die neunte Umschaltphase entspricht der ersten Umschaltphase, die 12 gezeigt ist. In der ersten Umschaltphase ist die Abtriebseinheit 1 des Kurbel-CVT-Getriebes wieder mit dem Differential 2 verbunden, das heißt das Kegelrad 180 ist mit dem Differential 2 gekoppelt und die Freilaufeinrichtung 10 der Abtriebseinheit 1 ermöglicht eine Bewegung der drehenden Bauteile der Abtriebseinheit 1 in die erste Drehrichtung. Dabei sind die kugelförmigen Rampenkörper 163 an den ersten Rampenabschnitten 166 angeordnet und die Stifte 212 befinden sich in den Nuten 211 an einer Position zwischen den ersten Nutendpunkten 213 und den zweiten Nutendpunkten 214.
Im Betrieb des Kurbel-CVT-Getriebes 1 wird zur Umschaltung der Freilaufeinrichtung 10 zunächst der erste Mechanismus 100 aktiviert. Dazu treibt der Schneckentrieb 105 das erste Hohlrad 110 an. Das erste Hohlrad 110 wiederum treibt den ersten Planetensatz 120 an, der mit dem ersten Sonnenrad 130 kämmt und das erste Sonnenrad 130 antreibt. Das erste Sonnenrad 130 kämmt mit dem Rampenplanetensatz 140, der in den Sonnenradabschnitt der ersten Rampe 161 eingreift und somit die erste Rampe 161 des Rampenmechanismus 160 antreibt. Durch die Drehung der ersten Rampe 161, wandern die drei kugelförmigen Rampenkörper 163 zwischen der ersten Rampe 161 und der zweiten Rampe 162 entlang des Rampenbereichs 165 und bewegen die erste Rampe 161 in axialer Richtung der Abtriebseinheit in Richtung des ersten Endes 40 der Abtriebseinheit 1 gegen die Vorbelastung der Feder 164.
Die zweite Rampe 162 ist in axialer Richtung der Abtriebseinheit nicht verschiebbar. Je nach Drehrichtung der ersten Rampe 161 bewegen sich die kugelförmigen Rampenkörper 163 in eine erste Drehrichtung oder eine zweite Drehrichtung und demzufolge in Rampenbereiche 165, die der ersten Drehrichtung oder der zweiten Drehrichtung entsprechen.
Befinden sich die kugelförmigen Rampenkörper 163 an den jeweiligen ersten Rampenabschnitten 166 der Rampenbereiche 165, so ist die erste Rampe 161 über eine größtmögliche Distanz in axialer Richtung der Antriebseinheit 1 in Richtung des ersten Endes 40 verschoben. In diesem Zustand ist das Kegelrad 180 der Abtriebseinheit 1 ist mit dem Differential 2 verbunden bzw. gekoppelt und es erfolgt somit eine Drehmomentübertragung von der Abtriebseinheit 1 zum Differential 2.
Befinden sich die kugelförmigen Rampenkörper 163 an den dritten Rampenabschnitten 168 der Rampenbereiche 165, so ist die erste Rampe 161 über eine größtmögliche Distanz in axialer Richtung der Antriebseinheit 1 in Richtung des zweiten Endes 50 verschoben. In diesem Zustand ist das Kegelrad 180 der Abtriebseinheit 1 ist nicht mit dem Differential 2 verbunden bzw. gekoppelt. Das heißt das Kegelrad 180 ist von dem Differential 2 entkoppelt, und es erfolgt keine Drehmomentübertragung von der Abtriebseinheit 1 zum Differential 2.
Während der erste Mechanismus 100 dem Entkoppeln bzw. Einkoppeln des Kegelrads 180 dient, erfolgt keine Betätigung des zweiten Mechanismus 200. Das bedeutet, dass die Stifte 212, die das erste Hohlrad 110 des ersten Mechanismus 100 und das zweite Hohlrad 210 des zweiten Mechanismus 200 miteinander verbinden, während des Entkopplungsvorgangs des Kegelrads in den Nuten 211 laufen und somit bewirken, dass sich das zweite Hohlrad 210 während des Entkopplungsvorgangs des Kegelrads 180 nicht mit dem ersten Hohlrad 110 dreht.
Ist der Entkopplungsvorgang abgeschlossen, das heißt, ist das Kegelrad 180 von dem Differential 2 entkoppelt und die Abtriebseinheit 1 somit lastfrei, schlagen die drei Stifte 212 jeweils an den ersten Nutendpunkten 213 der Nuten 211 an. Sobald die drei Stifte 212 die ersten Nutendpunkte 213 der Nuten 211 erreicht haben, wird das zweite Hohlrad 210 von dem ersten Hohlrad 110 mitgenommen und somit angetrieben. Da über die Stifte 212 eine Verbindung zwischen dem ersten Hohlrad 110 und dem zweiten Hohlrad 210 erzeugt wird, drehen sich das erste Hohlrad 110 und das zweite Hohlrad 210 mit gleicher Geschwindigkeit miteinander in eine erste gemeinsame Drehrichtung.
Das zweite Hohlrad 210 treibt den zweiten Planetensatz 220 an, der mit dem zweiten Sonnenrad 230 kämmt. Das Sonnenrad 230 ist fest mit der Abtriebseinheit 1 verbunden. Die Drehung des zweiten Planetensatzes 220 treibt somit den Planetenträger 270 an.
Der Planetenträger 270 wiederum treibt den dritten Planetensatz 250 an, der mit dem dritten Hohlrad 240, das fest im Getriebegehäuse 600 angeordnet ist, und mit dem dritten Sonnenrad 260, das mit der Spindeleinheit 30 verbunden ist, kämmt. Das dritte Sonnenrad 260 treibt die Spindeleinheit 30, die in der Abtriebswelle 400 angeordnet ist, an.
Die Spindeleinheit 30 ist in axialer Richtung verschiebbar. Durch die axiale Verschiebung der Spindeleinheit 30 erfolgt die Umschaltung der Freilaufeinrichtung 10, z. B. über Schlingfedermechanismen in Verbindung mit kegelförmigen Abschnitten der Spindeleinheit 30.
Damit das Kegelrad 180 einwandfrei in das Differential 2 einkoppelt, ist zwischen dem ersten Sonnenrad 130 und dem Rampenmechanismus 160 eine Bogenfeder 170 angeordnet, die beim Umschalten der Freilaufeinrichtung 10 Energie speichert und diese, falls die Zahnköpfe des Kegelrads das sofortige Einkoppeln verhindern, das Einkoppeln des Kegelrads 180 im Differential 2 unterstützen.
Die reibungslose Funktion des Rampenmechanismus 160 wird von einer Druckfeder 164, die spiralförmig um die Gelenkwelle 400 angeordnet ist und die die erste Rampe 161 und die zweite Rampe 162 stets zusammendrückt und somit unter Spannung setzt, gewährleistet.

1: Abtriebseinheit
2: Differential
10: Freilaufeinrichtung
20: Aktuator
30: Umschalteinheit, Spindeleinheit
100: erster Mechanismus
105: Antrieb, Schneckentrieb
110: erstes Hohlrad
120: erster Planetensatz
130: erstes Sonnenrad
140: Rampenplanetensatz
160: Rampenmechanismus
150: Rampengehäuse
161: erste Rampe
162: zweite Rampe
163: Rampenkörper
164: Druckfeder
165: Rampenbereich
166: erster Rampenabschnitt
167: zweiter Rampenabschnitt
168: dritter Rampenabschnitt
170: Bodenfeder
180: Verbindungsmittel, Kegelrad
200: zweiter Mechanismus
210: zweites Hohlrad
211: Nut
212: Stift
213: erster Nutendpunkt
214: zweiter Nutendpunkt
220: zweiter Planetensatz
230: zweites Sonnenrad
240: drittes Hohlrad
241: Rastierung
250: dritter Planetensatz
260: drittes Sonnenrad
270: Planetenträger
300: Spindelstange
400: Gelenkwelle
500: Abtriebswelle
600: Getriebegehäuse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10243533 A1 [0002, 0003]

Claims

Kurbel-CVT-Getriebe, enthaltend eine Freilaufeinrichtung (10) in Verbindung mit einer Abtriebswelle (500) des Getriebes, die angepasst ist, wahlweise eine Relativdrehung zwischen der Freilaufeinrichtung (10) und der Abtriebswelle (500) zu ermöglichen und zu blockieren, eine Umschalteinheit (30), die angepasst ist, die Freilaufeinrichtung (10) umzuschalten, eine Innenwelle (400), die mit der Abtriebswelle (500) und über ein Verbindungsmittel (180) mit einem Differential (2) verbindbar ist, wobei die Innenwelle (400) in axialer Richtung der Abtriebswelle (500) verschiebbar ist, einen Aktuator (20), der in Wechselwirkung mit der Umschalteinheit (30) ist und angepasst ist, die Umschaltung der Freilaufeinrichtung (10) einzuleiten, wobei der Aktuator (20) einen ersten Mechanismus (100) aufweist, der angepasst ist, die Innenwelle (400) in axialer Richtung zum Trennen der Innenwelle (400) von dem Differential (2) zu verschieben, und einen zweiten Mechanismus (200) aufweist, der angepasst ist, die Umschalteinheit (30) anzutreiben, wobei der zweite Mechanismus (200) mit dem ersten Mechanismus (100) gekoppelt ist und zeitlich nach dem ersten Mechanismus (100) angetrieben wird.
Kurbel-CVT-Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mechanismus (100) einen Antrieb (105) aufweist.
Kurbel-CVT-Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (105) ein Schneckentrieb ist.
Kurbel-CVT-Getriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mechanismus (100) weiter ein erstes Hohlrad (110), einen ersten Planetensatz (120) und ein erstes Sonnenrad (130) aufweist.
Kurbel-CVT-Getriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mechanismus (100) weiter einen Rampenmechanismus (160) aufweist, wobei der Rampenmechanismus (160) einen Rampenplanetensatz (140), eine erste Rampe (161), die fest mit der Innenwelle (400) verbunden ist, eine zweite Rampe (162), die fest in einem Rampengehäuse (150) angeordnet ist, und wenigstens einen Rampenkörper (163), der zwischen der ersten Rampe (161) und der zweiten Rampe (162) angeordnet ist, aufweist.
Kurbel-CVT-Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mechanismus (100) weiter eine Druckfeder (164) aufweist, die angepasst und angeordnet ist, die erste Rampe (161) und die zweite Rampe (162) zusammenzudrücken.
Kurbel-CVT-Getriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mechanismus (100) weiter eine Bogenfeder (170) aufweist, die zwischen dem ersten Sonnenrad (130) und dem Rampenmechanismus (160) angeordnet ist.
Kurbel-CVT-Getriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Mechanismus (200) ein zweites Hohlrad (210), einen zweiten Planetensatz (220) und ein zweites Sonnenrad (230) aufweist.
Kurbel-CVT-Getriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Mechanismus (200) weiter ein drittes Hohlrad (240), einen dritten Planetensatz (250) und ein drittes Sonnenrad (260) aufweist.
Kurbel-CVT-Getriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sonnenrad (130) und das dritte Sonnenrad (260) drehbar gelagert sind und das zweite Sonnenrad (230) fest mit dem Rampengehäuse (150) verbunden ist.
Kurbel-CVT-Getriebe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetensatz (120), der zweite Planetensatz (220) und der dritte Planetensatz (250) einen gemeinsamen Planetenträger (270) aufweisen.
Kurbel-CVT-Getriebe nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Hohlrad (210) auf der Fläche, die dem ersten Hohlrad (110) zugeordnet ist, wenigstens eine bogenförmige Nut (211) aufweist, in der ein Stift (212) angeordnet ist, der fest mit dem ersten Hohlrad (110) verbunden ist.
Kurbel-CVT-Getriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Hohlrad (210) auf der Fläche, die dem ersten Hohlrad (110) zugeordnet ist, drei Nuten (211) aufweist, in denen jeweils ein Stift (212) angeordnet ist, der fest mit dem ersten Hohlrad (110) verbunden ist.
Kurbel-CVT-Getriebe nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Hohlrad (240) wenigstens eine Rastierung (241) aufweist, die angepasst ist, das zweite Hohlrad (210) fest mit dem dritten Hohlrad (240) zu verbinden.
Kurbel-CVT-Getriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinheit (30) eine Spindel ist, die in axialer Richtung der Abtriebswelle (500) verschiebbar gestaltet ist.
Kurbel-CVT-Getriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufeinrichtung (10) ausgebildet ist, wahlweise eine Relativdrehung in einer ersten Relativdrehrichtung zwischen der Freilaufeinrichtung (10) und der Abtriebswelle (500), oder in einer zweiten Relativdrehrichtung zwischen der Freilaufeinrichtung (10) und der Abtriebswelle (500) zu blockieren und dabei eine Relativdrehung zwischen der Freilaufeinrichtung (10) und der Abtriebswelle (500) in der jeweils anderen Relativdrehrichtung zu ermöglichen.