WO2009065382A2 - Kegelscheibenpaar mit integriertem drehmomentfühler für ein kegelscheibenumschlingungsgetriebe - Google Patents

Abstract

Bei einer Kegelscheibenpaarbaugruppe mit integriertem Drehmomentfühler wird eine drehmomentabhängige Kraft über ein Übertragungsbauteil auf einen Fühlkolben übertragen, dessen Stellung den Druck in einer Fühlkammer bestimmt. Das Übertragungsglied ist mit der Wegscheibe verbunden und derart geformt, dass es die drehmomentabhängige Kraft in von der Stellung der Wegscheibe abhängiger Weise auf den Fühlkolben überträgt.

Description

Kegelscheibenpaar mit integriertem Drehmomentfühler für ein Kegelscheibenum- schlingungsgetriebe

Die Erfindung betrifft ein Kegelscheibenpaar mit integriertem Drehmomentfühler für ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Gattungsgemäße Kegelscheibenpaare werden von der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung in vielfältiger Weise hergestellt. Der integrierte Drehmomentfühler wird dazu verwendet, einen Grundanpressdruck, mit dem ein Kegelscheibenpaar an dem zwischen dem Kegelscheibenpaar umlaufenden Umschlingungsmittel anliegt, drehmomentabhängig zu verändern, damit ein Verstelldruck zum Verstellen der Übersetzung des Kegelscheibenumschlingungsge- triebes vermindert werden kann. Vorteilhaft ist, wenn der drehmomentabhängige Druck auch übersetzungsabhängig moduliert werden kann, da beispielsweise im Underdrive-Bereich eine höhere Anpresskraft zur sicheren Übertragung des Drehmoments erforderlich ist als im Over- drive-Bereich. Für eine übersetzungsabhängige Modulation des drehmomentabhängigen Anpressdruckes ist bekannt, die radiale Lage der Wälzkörper übersetzungsabhängig zu verändern, indem die Wälzkörper sich zusätzlich an einer Rampenfläche der Wegscheibe abstützen. Auf diese Weise kann der wirksame Bereich der Rampenflächen übersetzungsabhängig verändert werden, wodurch ein in der Fühlkammer herrschender Druck übersetzungsabhängig moduliert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Kegelscheibenpaar zu schaffen, bei dem ohne aufwändige Gestaltung der Rampenflächen eine von der Übersetzung des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes abhängige Modulation des Druckes in der Fühlkammer möglich ist.

Diese Aufgabe wird mit einem Kegelscheibenpaar gemäß dem Anspruch 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Kegelscheibenpaar wird mit den Merkmalen der Unteransprüche in vorteilhafter Weise weitergebildet.

E/n erfindungsgemäßes Kegelscheibenpaar mit integriertem Drehmomentfühler für ein Kegel- scheibenumschlingungsgetriebe enthält eine Welle mit einer Festscheibe, eine mit der Welle drehfest und axial verschiebbar verbundene Wegscheibe, ein mit der Welle axial unverrückbar und relativ zur Welle drehbar verbundenes, die Welle umschließendes Antriebsglied zum Einleiten von Drehmoment, das mit einer ersten Rampenfläche ausgebildet ist, ein mit einer zweiten Rampenfläche ausgebildetes Rampenbauteil, wobei sich die beiden Rampenflächen über Wälzkörper aneinander abstützen und sich das Rampenbauteil bei einer Drehung relativ zum Antriebsglied axial relativ zur Welle verschiebt, einer starr mit der Welle verbundenen Stützwand, einem zwischen dem Rampenbauteil und der Stützwand angeordneten, relativ zur Welle axial verschiebbaren Fühlkolben, zwischen dem und der Stützwand eine Fühlkammer ausgebildet ist, die über einen Zulauf mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid beaufschlagt ist und die eine Ablauföffnung aufweist, deren wirksamer Querschnitt abhängig von der Stellung des Fühlkolbens veränderbar ist, wobei zur Übertragung der axialen Bewegung des Rampenbauteils auf den Fühlkolben ein an der Wegscheibe angebrachtes Übertragungsbauteil vorgesehen ist, das derart ausgebildet ist, dass sich eine Übersetzung, mit der eine axiale Kraft des Rampenbauteils in eine axiale Kraft des Fühlkolbens umgesetzt wird, abhängig von der axialen Stellung der Wegscheibe ändert.

Vorteilhaft ist das Übertragungsbauteil ein Hebel, der mit der Wegscheibe gelenkig verbunden und derart geformt ist, dass sich das Verhältnis des Abstandes zwischen einer Berührungsstelle des Übertragungsbauteils mit dem Rampenbauteil und dem Gelenk zum Abstand zwischen einer Berührstelle des Übertragungsbauteils mit dem Fühlkolben und dem Gelenk abhängig von der axialen Stellung der Wegscheibe ändert.

Das Übertragungsbauteil kann an einem starr mit der Wegscheibe verbundenen Zylinder angebracht sein, dessen Innenseite und der Abdichtung relativ zur Stützwand axial verschiebbar ist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelnen erläutert.

In den Figuren stellen dar:

Fig. 1 einen Halbschnitt durch erfindungsrelevante Teile eines Kegelscheibenpaares eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes im Underdrive-Bereich,

Fig. 2 das Kegelscheibenpaar gemäß Fig. 1 im Overdrive-Bereich, Fig. 3 und 4 schematische Darstellungen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 , die einen Halbschnitt durch eine um eine Achse A-A drehbare Kegelscheibenbaugruppe zeigt, ist eine Welle 10 vorzugsweise einteilig mit einer Festscheibe 12 ausgebildet. Auf der Welle 10 ist eine Wegscheibe 14 beispielsweise über eine Keilverzahnung axial verschiebbar angeordnet und drehfest mit der Welle 10 verbunden. Die Kegelscheibenpaar- baugruppe weist weiter eine Stützwand 16 auf, die an einem Befestigungsbereich 18 starr mit der Welle 10 verbunden ist und einen vom Befestigungsbereich 18 ausgehenden zylindrischen Bereich 20 aufweist, der in einen sich insgesamt radial erstreckenden Bereich 22 übergeht.

An dem gemäß Fig. 1 linken Endbereich der Welle 10 ist ein Antriebsrad 24 drehbar, jedoch axial unverschiebbar gelagert, an dem ein mit einer ersten Rampenfläche 24 ausgebildetes Bauteil 26 befestigt ist. In axialem Abstand von dem Bauteil 28 ist ein Rampenbauteil 30 angeordnet, das mit einer der ersten Rampenfläche zugewanden zweiten Rampenfläche 32 ausgebildet ist und axial relativ zur Welle 10 beweglich ist. Zwischen den Rampenflächen 26 und 32 sind Wälzkörper 34, beispielsweise Kugeln, angeordnet.

Das Rampenbauteil 30 weist an seinem gemäß Fig. 1 rechten Endbereich einen insgesamt radial gerichteten Stützbereich 36 auf, an dem sich eine erste Stützstelle 38 eines Übertragungsbauteils 40 abstützt, das um einen Gelenkpunkt 42 schwenkbar an einem Zylinder 44 angebracht ist, der starr mit der Wegscheibe 14 verbunden ist.

Das Übertragungsbauteil 40 stützt sich an einer zweiten Stützstelle 46 an einem Ansatz 48 eines Fühlkolbens 50 ab, der unter Abdichtung an dem Befestigungsbereich 18 der Stützwand 16 relativ zur Welle 10 verschiebbar ist und eine zwischen ihm, der Stützwand 16 und der Welle 10 ausgebildete Fühlkammer 52 begrenzt, die über eine nicht dargestellte, durch die Welle 10 führende Zulaufleitung ständig mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid beaufschlagt ist und von der eine mit einer durch die Welle 10 hindurch geführten Ablaufleitung verbundene Ablauföffnung 54 abgeht, die je nach axialer Stellung des Fühlkolbens 50 von dem Fühlkolben mehr oder weniger verschlossen wird.

Die Fühlkammer 52 ist über nicht dargestellte Verbindungsleitungen mit einer zwischen der Stützwand 16 und einem axialen Ansatz der Wegscheibe 14 ausgebildeten Momentenkammer 56 verbunden, wobei zwischen dem zylindrischen Bereich 20 der Stützwand 16 und einer Außenfläche des axialen Ansatzes der Wegscheibe 14 eine Dichtung angeordnet ist. Radial außerhalb der Momentenkammer 56 ist zwischen der Stützwand 16 und der Rückseite der Wegscheibe 14 eine Verstellkammer 58 ausgebildet, die radial nach außen über eine Dichtung 60 abgedichtet ist, die zwischen der Außenseite der Stützwand 16 und dem Zylinder 44 abdichtet.

Die Funktion der beschriebenen Anordnung ist wie folgt:

Zwischen den aufeinander zugewanden Kegelflächen der Festscheibe 12 und der Wegscheibe 14 läuft ein Umschlingungsmittel um, das um ein weiteres gleichachsig zu dem Kegelscheibenpaar 12,14 angeordnetes Kegelscheibenpaar umläuft. Durch gegensinnige Verstellung des Abstandes zwischen den Kegelscheiben eines Paares wird in an sich bekannter Weise die Übersetzung des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes verstellt. Der durch die Bauteile 28, 30 und 34 gebildete Drehmomentfühler erzeugt mit Hilfe der Geometrie der Rampenflächen 26 und 32 aus einem über das Antriebsrad 24 eingeleiteten Drehmoment eine auf das Rampenbauteil 30 wirkende Axialkraft. Mit Hilfe dieser Axialkraft wird der Fühlkolben 50 verschoben und verschließt bei einer Bewegung gemäß Fig. 1 nach rechts zunehmend die Ablauföffnung 54. Dadurch bildet sich ein Widerstand für das unter Druck stehende Hydraulikflu- id, mit dem die Fühlkammer 52 ständig beaufschlagt ist. In der Fühlkammer 52 und der mit ihr verbundenen Momentenkammer 56 entsteht auf diese Weise ein vom Drehmoment abhängiger Druck.

Die Momentenkammer 56 ist gemäß Fig. 1 nach rechts durch die starr mit der Welle 10 verbundene Stützwand 16 begrenzt und nach links durch den Fühlkolben 50, der eine definierte wirksame Fläche aufweist, auf die der Druck in der Momentenkammer 56 wirkt. Dieser Druck bildet, multipliziert mit der wirksamen Fläche des Fühlkolbens, eine Gegenkraft zu der aus dem Drehmoment erzeugten Axialkraft, mit der der Fühlkolben 50 von dem Rampenbauteil 30 unter Zwischenanordnung des Übertragungsbauteils 40 beaufschlagt ist.

Der drehmomentabhängige Druck in der Fühlkammer 52 wirkt auch in der Momentenkammer 56 und beaufschlagt dort die wirksame Fläche der Wegscheibe 14, so dass eine momenten- abhängige Anpresskraft zwischen der Wegscheibe 14 und dem nicht dargestellten Umschlingungsmittel erzeugt wird. Zur Verstellung des Abstandes zwischen den Scheiben 12 und 14 dient Hydraulikdruck, der der Verstellkammer 58 zugeführt wird. Mit dem bisher beschriebenen System ist es somit möglich, eine drehmomentproportionale Anpresskraft zu erzeugen, mit der das Umschlingungsmittel zwischen den Kegelscheiben beaufschlagt ist.

Aus Gründen des Verschleißes und des Energieverbrauchs ist es zweckmäßig, das Umschlingungsmittel nicht mit unnötig hohen Anpresskräften zu beaufschlagen. Dabei ist bei gleichem Drehmoment die im Underdrive-Betrieb erforderliche Anpresskraft zweckmäßiger Weise größer als die im Overdrive-Betrieb.

Erfindungsgemäß kann mittels des Übertragungsbauteils 40 die Anpresskraft zusätzlich zur Drehmomentabhängigkeit abhängig von der Übersetzung verändert werden. Diese übersetzungsabhängige Änderung der Anpresskraft geschieht wie folgt:

Fig. 1 stellt die Kegelscheibenbaugruppe im Underdrive-Zustand dar, das heißt bei maximalem Abstand zwischen den Kegelscheiben 12 und 14. Fig. 2 stellt die Anordnung im Over- drive-Zustand dar, das heißt bei minimalem Abstand zwischen den Kegelscheiben 12 und 14. In Fig. 2 sind nur die zur Erläuterung der Erfindung wesentlichen Bezugszeichen eingetragen.

Wie aus den Figuren unmittelbar ersichtlich, ist in Fig. 1 der Abstand zwischen der ersten Stützstelle 38 und dem Gelenkpunkt 42 im Wesentlichen genauso groß wie der Abstand zwischen der zweiten Stützstelle 46 und dem Gelenkpunkt 42, so dass die von dem Rampenbauteil 30 her wirkende Axialkraft im Wesentlichen eins zu eins auf den Fühlkolben 50 übertragen wird.

Im Overόήve-Zustand der Fig. 1, in dem das Übertragungsbauteil 40 in Folge der axialen Verschiebung der Wegscheibe 14 nach rechts im Uhrzeigersinn verschwenkt ist, ist der Abstand zwischen der ersten Stützstelle 38 und dem Gelenkpunkt 42 kleiner als der Abstand zwischen der zweiten Stützstelle 46 und dem Gelenkpunkt 42, so dass das Übertragungsbauteil 40 als ein Hebel wirkt, der die von dem Rampenbauteil 30 auf den Fühlkolben 50 übertragene Axialkraft übersetzt, das heißt im dargestellten Beispiel verkleinert, so dass in der Fühlkammer 52 bzw. Momentenkammer 56 bei gleichem vom Antriebsrad 24 her wirkenden Moment ein verminderter Druck herrscht.

Die Figuren 3 und 4 verdeutlichen die Verhältnisse, wobei das Übertragungsbauteil 40 als gerader Hebel dargestellt ist. Die Verhältnisse der Fig. 1 entsprechen der Darstellung der Fig. 3, in der die von dem Rampenbauteil 43 her übertragene Kraft F1 auf der gleichen Wirklinie wirkt, wie die vom Fühlkolben 50 her wirkende Kraft F2. Die Verhältnisse der Fig. 2 sind in Fig. 4 schematisch dargestellt. Die Kraft F1 wird auf eine Gegenkraft F2 und eine weitere Kraft F3 aufgeteilt, die über den Gelenkpunkt 42 den Zylinder 44 bzw. die Wegscheibe 14 belastet.

Durch geeignete Ausbildung der Geometrie des Übertragungsbauteils 40 und der Flächen am Stützbereich 36 und am freien Ende des Übertragungsbauteils 40, längs dessen sich die zweite Stützstelle 46 bewegt, lässt sich eine gewünschte, übersetzungsabhängige Aufteilung der vom Rampenbauteil 30 her auf den Fühlkolben 50 wirkenden Kraft erzielen. Wie aus den Figuren ersichtlich, trägt die Kraft F3 zum Anpressdruck bei, der von der Wegscheibe 14 auf das Umschlingungsmittel ausgeübt wird. Durch die stark unterschiedlichen wirksamen Flächen am Fühlkolben 50 und der Wegscheibe 14 ist dies allerdings nur ein sehr kleiner Teil der Gesamtanpresskraft.

Das die in Art eines Hebels herbeiführende Übersetzung der vom Rampenbauteil 30 her wirkenden Axialkraft verantwortliche Übertragungsbauteil 40, das in unterschiedlichster weise ausgeführt sein kann, beispielsweise als ein Ringteil, von dem Zungen vorstehen, kann insgesamt als eine Tellerfeder ausgebildet sein.

Bezuqszeichenliste

Welle

Festscheibe

Wegscheibe

Stützwand

Befestigungsbereich zylindrischer Bereich radialer Bereich

Antriebsrad erste Rampenfläche

Bauteil

Rampenbauteil zweite Rampenfläche

Wälzköper

Stützbereich erste Stützstelle

Übertragungsbauteil

Gelenkpunkt

Zylinder zweite Stützstelle

Ansatz

Fühlkolben

Fühlkammer

Ablauföffnung

Momentenkammer

Verstellkammer

Claims

Patentansprüche

1. Kegelscheibenpaarbaugruppe mit integriertem Drehmomentfühler für ein Kegelschei- benumschlingungsgetriebe, mit einer Welle (10) mit einer Festscheibe (12), einer mit der Welle drehfest und axial verschiebbar verbundenen Wegscheibe (14), einem mit der Welle axial unverrückbar und relativ zur Welle drehbar verbundenes, die Welle umschließendes Antriebsglied (24) zum Einleiten von Drehmoment, das mit einer ersten Rampenfläche (26) ausgebildet ist, einem mit einer zweiten Rampenfläche ausgebildetes Rampenbauteil (32), wobei sich die beiden Rampenflächen über Wälzkörper (34) aneinander abstützen und sich das Rampenbauteil bei einer Drehung axial relativ zur Welle verschiebt, einer starr mit der Welle verbundenen Stützwand (20), einem zwischen dem Rampenbauteil und der Stützwand angeordneten, relativ zur Welle axial verschiebbaren Fühlkolben (50), zwischen dem und der Stützwand eine Fühlkammer (52) ausgebildet ist, die über einen Zulauf mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid beaufschlagt ist und die eine Ablauföffnung (54) aufweist, deren wirksamer Querschnitt abhängig von der Stellung des Fühlkolbens veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung der axialen Bewegung des Rampenbauteils (30) auf den Fühlkolben (50) ein an der Wegscheibe (14) angebrachtes Übertragungsbauteil (40) vorgesehen ist, das derart ausgebildet ist, dass sich eine Übersetzung, mit der eine axiale Kraft des Rampenbauteils (30) in eine axiale Kraft des Fühlkolbens (50) umgesetzt wird, abhängig von der axialen Stellung der Wegscheibe (14) ändert.

2. Kegelscheibenpaarbaugruppe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsbauteil (40) mit der Wegscheibe (14) gelenkig verbunden und derart geformt ist, dass sich das Verhältnis des Abstandes zwischen einer Berührungsstelle (38) des Übertragungsbauteils mit dem Rampenbauteil (30) und dem Gelenk (42) zum Abstand zwischen einer Berührstelle (43) des Übertragungsbauteils mit dem Fühlkolben (50) und dem Gelenk (42) abhängig von der axialen Stellung der Wegscheibe (14) ändert.

3. Kegelscheibenpaarbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsbauteil (40) an einem starr mit der Wegscheibe (14) verbundenen Zylinder (44) angebracht ist, dessen Innenseite unter Abdichtung relativ zur Stützwand (16) axial verschiebbar ist.

4. Kegelscheibenpaarbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsbauteil (40) durch eine Tellerfeder gebildet ist.