PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005048074A1 12.04.2007
Titel Stufenlos verstellbarer Variator für ein Toroidgetriebe eines Kraftfahrzeuges
Anmelder DaimlerChrysler AG, 70567 Stuttgart, DE
Erfinder Elser, Wolfgang, Dr.-Ing., 71263 Weil der Stadt, DE;
Henzler, Steffen, Dr.-Ing., 73560 Böbingen, DE
DE-Anmeldedatum 07.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005048074
Offenlegungstag 12.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse F16H 15/38(2006.01)A, F, I, 20051007, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen stufenlos verstellbaren Variator (1) für ein Toroidgetriebe eines Kraftfahrzeuges. Derartige Variatoren (1) weisen einen Haltebügel (10) auf, der drehbar um eine Y-Y-Achse gelagert ist und an dem ein Roller (5) drehbar um eine X-X-Achse gelagert ist. Dazu stützt sich eine Lagerschale (30), in der der Roller (5) in X-X-Richtung abgestützt wird, am Haltebügel (10) ab. Eine vorhandene Führungseinrichtung (25, 35, 50) ermöglicht eine parallele Verschiebung der X-X-Achse.
Erfindungsgemäß weist die Lagerschale (30) in Richtung der Y-Y-Achse einen direkten Kontakt zum Haltebügel (10) auf.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen stufenlos verstellbaren Variator für ein Toroidgetriebe eines Kraftfahrzeuges gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Ein derartiger Variator ist aus der EP 1 048 878 B1 bekannt. Dort ist ein Roller über ein Axial- und ein Radiallager gegenüber einer Lagerschale abgestützt, die über ein Rollenlager querverschieblich gegenüber einer Längsachse eines Haltebügels gelagert ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfach herzustellenden Variator anzugeben, der, zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen oder von elastischen Deformationen, die dieser unter Last zwischen Torusscheiben erfährt, eine entsprechende Ausgleichsbewegung gegenüber dem Haltebügel des Variators vornehmen kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Hierzu weist der erfindungsgemäße Variator eine Lagerschale auf, die in Richtung der Y-Y-Achse, um die der Haltebügel verschwenkbar gelagert ist, einen direkten Kontakt zum Haltebügel aufweist. Dadurch liegt die Lagerschale stets an einer Stelle des Haltebügels an. Dadurch ist eine Führung der Lagerschale bei entsprechender Ausgestaltung des Kontaktbereichs zwischen Lagerschale und Haltebügel gewährleistet. Aufgrund des direkten Kontakts kann auf aufwändige und daher teure Linearführungen in Form von beispielsweise Kugel- oder Nadellager verzichtet werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Kontakt überwiegend linienförmig ausgebildet. Unter linienförmig ist die vorwiegende Form der Berührungsfläche gemeint. Es ist selbstverständlich, dass diese Kontaktform einen Flächeninhalt aufweist. Somit weist die Kontaktfläche zwischen Lagerschale und Haltebügel eine Flächenform mit überwiegend linienförmiger Ausdehnung auf. Wesentlich ist jedoch, dass die Kontaktfläche einerseits groß genug ist, um Führungskräfte zwischen der Lagerschale und dem Haltebügel übertragen zu können, andererseits aber die Reibung zwischen diesen beiden Bauteilen nicht zu groß wird, um Relativbewegungen zu ermöglichen.

Die Erfindung sieht in einer weiteren Ausgestaltung vor, dass bei einer Parallelverschiebung der X-X-Achse zwischen Lagerschale und Haltebügel eine Wälz- oder Gleitbewegung zwischen diesen beiden Bauteilen erfolgt. Dabei ist mit der X-X-Achse die Rotationsachse des Rollers gemeint.

Eine Wälzbewegung kommt dadurch zustande, dass eine Komponente einer von einer der Torusscheiben auf den Roller einwirkenden Kraft den Roller stärker in Richtung einer der Kontaktflächen zwischen Lagerschale und Haltebügel drückt. Somit kommt es an dieser Kontaktfläche zu einer Druckerhöhung, während es an der gegenüberliegenden Kontaktfläche zu einer Druckabnahme bis hin zu einer Spaltbildung kommt. Eine weitere Kraftkomponente bewirkt, dass die X-X-Achse verschoben wird. Abhängig vom Reibwert, der im Kontaktbereich zwischen der Lagerschale und dem Haltebügel vorliegt, kommt es dabei zu einer Gleitbewegung zwischen den beiden Bauteilen oder einer Wälzbewegung.

Wenn der Haftreibungskoeffizient zwischen den beiden Bauteilen dazu führt, dass eine Wälzbewegung auftritt, so rollt die Lagerschale in einer Schwenkbewegung um einen Momentanpol auf dem Haltebügel ab. Der Momentanpol befindet sich dabei im Kontaktpunkt bzw. in der Kontaktfläche zwischen Lagerschale und Haltebügel. Durch die Wälzbewegung gelangt die Lagerschale und damit der Roller in eine Lage, in der Verzwängungen zwischen Torusscheiben und Roller vermieden werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung liegt im Kontaktbereich zwischen der Lagerschale und dem Haltebügel nur eine geringe Reibung vor. Eine solche geringe Reibung kann dadurch erreicht werden, dass eines der oder beide Bauteile zumindest im Kontaktbereich ein reibungsminderndes, beispielsweise Messing oder Teflon beinhaltendes Material aufweisen. Die geringe Reibung erleichtert eine Verschiebung eines von Lagerschale und Haltebügel ausgebildeten Gleitlagers.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Variators werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigen:

1 einen Längsschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen Variators gemäß einer ersten Ausführungsform,

2 eine Lagerschale der ersten Ausführungsform gem. 1 in perspektivischer Ansicht,

3 eine Draufsicht auf einen Haltebügel mit einer Mehrzahl von Nadellagern,

4 einen Längsschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen Variators gemäß einer zweiten Ausführungsform,

5 eine Draufsicht auf einen Haltebügel mit Lagerschale gemäß der Ausführungsform in 4 und

6 eine Draufsicht auf einen Haltebügel mit Nadellager gemäß der Ausführungsform in 4.

Nachfolgend sind gleiche oder gleichwirkende Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

Der erfindungsgemäße Variator 1 findet Einsatz in Toroidgetrieben für Kraftfahrzeuge. Das Toroidgetriebe kann hierbei als Halbtoroid oder als Volltoroid ausgebildet sein. Hinsichtlich des prinzipiellen Aufbaus eines derartigen Toroidgetriebes wird lediglich beispielhaft auf die Druckschriften DE 102 18 356 A1, DE 101 54 928 A1 und DE 101 21 042 C1 verwiesen.

Hinsichtlich einer geeigneten hydraulischen Stelleinrichtung zur Beeinflussung der Positionen eines Haltebügels 10 des erfindungsgemäßen Variators 1 sowie einer Druckversorgung der Schmiermittelversorgungseinrichtung von benachbarten, in der Zeichnung nicht dargestellten Bauteilen wird beispielhaft auf die DE 103 08 496 verwiesen. Hinsichtlich einer Kopplung der Bewegung einzelner Stelleinrichtungen sowie Haltebügel 10 wird beispielhaft auf die DE 103 09 569 verwiesen. Eine geeignete Regelung der Stelleinrichtung ist beispielsweise in der Druckschrift DE 103 00 569 offenbart. Die Abstützung des Haltebügels 10 bzw. des Rollers 5 kann beispielsweise der DE 103 59 394 entnommen werden.

Ein nur in Teilen dargestellter Variator 1 dient zur stufenlosen Veränderung der Übersetzung zwischen mindestens einer nicht dargestellten Antriebstorusscheibe und einer ebenfalls nicht dargestellten Abtriebstorusscheibe. Hierzu ist ein Roller 5 auf gegenüberliegenden Seiten seiner Umfangsflächen zwischen den Torusscheiben eingespannt. Für die in 1 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiele rotieren die Torusscheiben jeweils um eine senkrecht zur Zeichenebene orientierte Achse und sind oberhalb bzw. unterhalb der Zeichenebene angeordnet. Für die in 3, 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiele rotieren die Torusscheiben jeweils um eine horizontal zu der Zeichenebene orientierte Achse und sind (nicht dargestellt) seitlich zu den Rollern 5 angeordnet.

Wie der 1 zu entnehmen ist, stützt sich der Roller 5 radial an einem Zapfen 31 einer Lagerschale 30 ab. Zu diesem Zweck verfügt der Roller 5 über eine zentrische Sacklochbohrung 6, in welcher ein Radiallager 8, insbesondere Nadellager, aufgenommen ist. Radial innenliegend wälzt das Nadellager 8 auf dem konzentrisch zu einer X-X-Achse ausgebildeten Zapfen 31 ab.

Einstückig mit dem Zapfen 31 der Lagerschale 30 verbunden ist ein flanschförmig auf geweiteter Bereich 32 mit einem Außendurchmesser, der ungefähr dem Außendurchmesser des Rollers 5 entspricht, im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel jedoch etwas geringer ausgeführt ist. Zwischen einander zugewandten Stirnflächen 7, 36 des Rollers 5 und des flanschförmigen Bereichs 32 der Lagerschale 30, welche quer zur X-X-Achse orientiert sind, ist ein äußeres Axiallager 40, beispielsweise ein Axialkugellager, zwischengeschaltet. In die Stirnflächen 7, 36 des Rollers 5 und des flanschförmigen Bereichs 32 sind an Wälzkörper 41 des Axiallagers 40 angepasste Laufflächen 43 eingebracht, welche mit einer geeigneten Oberfläche sowie vorteilhaften Materialeigenschaften versehen sind. Die Wälzkörper 41 sind insbesondere in einem Käfig 42 geführt.

Die Lagerschale 30 stützt sich gegenüber einem Haltebügel 10 ab. Hierzu verfügt der Haltebügel 10 über eine Sacklochbohrung 11, in welche der Roller 5 und die Lagerschale 30 nahezu vollständig eingelassen sind. Eine Abstützung der Lagerschale 30 gegenüber dem Haltebügel 10 in Richtung der X-X-Achse erfolgt über innere Axiallager 45, welche zwischen einander zugewandten, jeweils quer zur X-X-Achse orientierten Stirnflächen 13, 37 des Haltebügels 10 und des flanschförmigen Bereichs 32 der Lagerschale 30 angeordnet sind. Die inneren Axiallager 45 können als Wälzlager, insbesondere Nadellager, oder Gleitlager ausgebildet sein. Die Wälzkörper 46 sind in Käfigen 47 geführt und rollen auf Seiten des Haltebügels 10 auf einer Rollplatte 48 ab. Die Rollplatte 48 ist aus einem Material hergestellt, die zusammen mit den Wälzkörpern 46 eine geringe Reibung verursacht. Sowohl die Rollplatte 48 als auch die inneren Axiallager 45 sind in der Sacklochbohrung 11 des Haltebügels 10 sowohl in Y-Y-Richtung als auch in Z-Z-Richtung abgestützt.

Der Haltebügel 10 ist im dargestellten Längsschnitt ungefähr u-förmig ausgebildet, mit einem Grundschenkel 12 und zwei parallelen Seitenschenkeln 14, zwischen denen die Lagerschale 10 und der Roller 5 zumindest teilweise angeordnet sind. Die Seitenschenkel 14 besitzen in dem dem Grundschenkel 12 gegenüberliegenden Endbereich 15 jeweils nach außen und parallel zum Grundschenkel 12 sowie koaxial zueinander orientierte Fortsätze oder Zapfen 16.

Die Zapfen 16 haben eine zumindest teilweise zylinderförmige Mantelfläche 17, die jeweils als innere Lagerfläche einer nicht weiter dargestellten Lagereinheit dient. Hinsichtlich der Anbindung dieser Lagerflächen an benachbarte Bauteile wird auf die Druckschrift DE 103 59 394 verwiesen, welche voll inhaltlich zum Umfang der vorliegenden Offenbarung gemacht wird.

In den Zapfen 16 kann in Längsrichtung einer Y-Y-Achse ein (nicht dargestelltes) Kraftübertragungselement eingesetzt werden. Eine Anbindung des Haltebügels 10 an benachbarte Bauteile und eine Lagerung gegenüber denselben erfolgt derart, dass zur Verstellung der Übersetzung des Variators eine Verschwenkung des Haltebügels 10 um die Achse Y-Y erfolgt, welche zentrisch durch die Zapfen 16 verläuft.

Der 1 kann die Gestaltung einer effizienten Schmierungs- und Kühlungsmöglichkeit des Variators 1 entnommen werden. Durch in den Haltebügel 10 und die Lagerschale 30 eingebrachte Bohrungen 20, 21 mit teilweisen als Drosseln wirkenden Engstellen 22 können die Axial- 40, 45 und das Radiallager 8 wirksam mit Schmier- und Kühlmittel versorgt werden, vgl. auch DE 10 2004 009 409. Dabei verläuft eine Bohrung 20 im Haltebügel 10 konzentrisch zur X-X-Achse und mündet mittig in die Sacklochbohrung 11 des Haltebügels, so dass ein Schmier- bzw. Kühlmittel im Bereich des inneren Axiallagers 45 aus dem Haltebügel austritt und dieses schmiert bzw. kühlt. Über zusätzliche Dichtelemente, die in die Käfige 47 des inneren Axiallagers eingelegt oder an diesen z.B. anvulkanisiert sind, kann das Schmier- bzw. Kühlmittel zwischen Haltebügel 10 und Lagerschale 30 geleitet werden.

Eine Abstützung der Lagerschale 30 gegenüber dem Haltebügel 10 in Richtung der Y-Y-Achse erfolgt in der in 1 dargestellten Ausführungsform über zwei Gleitlager 50. Die Gleitlager 50 werden durch einander zugewandte Flächen gebildet, die sowohl quer zur X-X-Achse als auch quer zur Y-Y-Achse und somit parallel zu einer durch den Schnittpunkt der X-X-Achse mit der Y-Y-Achse verlaufenden Z-Z-Achse orientierten sind. Die Flächen werden dabei einerseits von einander gegenüberliegenden Innenwänden 25 der Seitenschenkel 14 des Haltebügels 10 und andererseits von jeweils den Innenwänden 25 gegenüberliegenden Außenumfangsflächen 35 des flanschförmigen Bereichs 32 der Lagerschale 30 gebildet.

Am Außenumfang 34 des flanschförmigen Bereichs 32 der Lagerschale 30 sind zwei Anlageelemente 55 befestigt, deren prinzipielle Form 2 entnommen werden können. Diese Anlageelemente 55 weisen eine quaderförmige Grundform mit einem balligen Auslauf 56 auf der von der Lagerschale 30 abgewandten Seite auf. Die Anlageelemente 55 sind mit ihrer der Lagerschale 30 zugewandten Seite in den Außenumfang 34 der Lagerschale 30 eingelassen und mit dieser befestigt. Alternativ weisen die Anlageelemente 55 jeweils auf ihrer der Lagerschale 30 zugewandten Seite eine an den Außenumfang 34 der Lagerschale 30 angepasste Kontur auf.

Die Anlageelemente 55 wirken im Zusammenspiel mit den Anlageflächen der inneren Seitenschenkelwände 25 des Haltebügels 10 als Verdrehsicherung der Lagerschale gegenüber dem Haltebügel 10. Die Form des Auslaufs 56 führt jeweils zu einer nahezu linienförmigen Kontaktfläche 51 mit den inneren Seitenschenkelwänden 25, wodurch die Reibung zwischen diesen jeweiligen Gleitlagerpartnern 25, 55 gering ist.

Während des Betriebs des Variators führt die von den (nicht dargestellten) Torusscheiben auf den Roller einwirkenden Kräfte dazu, dass diese Kräfte über das äußere und innere Axiallager 40, 45 auf den Grundschenkel 12 des Haltebügels 10 einwirken und diesen geringfügig durchbiegen. Die ballige Formgebung des jeweiligen Auslaufs 56 der Anlageelemente 55 sowie die Abstände der Seitenschenkeln 14 des Haltebügels 10 zum Roller 5 einerseits sowie zu den Lagerschalen 30 andererseits bewirkt, dass die Durchbiegung des Haltebügels 10 nicht zum Verklemmen der besagten Bauteile führt.

3 ist eine um den Roller 5 und die Lagerschale 30 geminderte Draufsicht auf einen Variator 1 gem. 1 (siehe Schnittlinie I-I in 3). Es ist die in Z-Z-Richtung ausgerichtete Anordnung der Axiallager 45 erkennbar, die insbesondere als Nadellager reibungsgemindert ausgebildet sind. Zudem sind die inneren Seitenschenkelwände 25 erkennbar, die als Gegenlager der Anlageelemente 55 dienen. Die Anlageelemente 55 sind in 3 ohne die Lagerschale 30 dargestellt. In Z-Z-Richtung begrenzen entsprechend an die Außenkontur des Rollers 5 angepasste Seitenwände 26 das Gleiten der Lagerschale 30 gegenüber dem Haltebügel 10 und somit die maximal mögliche Verschiebung der X-X-Achse in Z-Z-Richtung.

In den 4 bis 6 ist ein alternatives Abstützkonzept der Lagerschale 30 in Richtung der Y-Y-Achse dargestellt. Die gegenüber dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 im Wesentlichen gleich ausgebildete Lagerschale 30 weist in diesem Ausführungsbeispiel keine quaderförmigen Anlageelemente 55 auf. Die Kontaktflächen 51 zwischen inneren Seitenschenkelwänden 25 und Lagerschale 30 werden stattdessen von Teilen der Umfangsfläche 35 am Außenumfang 34 des flanschförmigen Bereichs 32 der Lagerschale 30 gebildet.

Wie aus 4 deutlich erkennbar ist, weist die Lagerschale 30 am Umfang 34 des flanschartigen Bereichs 32 in X-X-Richtung unterschiedlich große Durchmesser 33 auf. Die Durchmesser 33 der beiden Stirnseiten 36, 37 sind ungefähr gleich groß. Zwischen den beiden Stirnseiten 36, 37 ist der Durchmesser 33 jedoch größer.

In dem in 4 dargestellten Schnitt ist im Bereich des Außenumfangs 34 des flanschförmigen Bereichs 32 der Lagerschale 30 eine ähnliche Rampenform zu erkennen, wie im Querschnitt durch ein Anlageelement 55 in 1. Dadurch aber, dass dieses Querschnittprofil – anders als im Ausführungsbeispiel in 1 – kreisförmig am Umfang 34 der Lagerschale 30 umläuft, bestehen nur zwei kleine, allenfalls linienförmige Kontaktflächen 51 zwischen Lagerschale 30 und Haltebügel 10 in entgegengesetzter Richtung der Y-Y-Achse. Eine Verdrehsicherung ist in dieser Ausführungsform nicht vorhanden, da hier gerade eine Verdrehung der Lagerschale 30 gegenüber dem Haltebügel 10 gewünscht ist. Dazu rollt die Lagerschale 30 je nach Richtung der Anpresskraft auf einer der beiden inneren Seitenschenkelwände 25 ab.

5 sind in Draufsicht auf den in 4 geschnitten dargestellten Variator 1 (siehe Schnittlinie IV-IV in 5) unter anderem die Form der Seitenschenkelwände 25 zu entnehmen. In Z-Z-Richtung begrenzen entsprechend an die Außenkontur des Rollers 5 angepasste Seitenwände 26 ein Abrollen der Lagerschale 30 und somit die maximal mögliche Verschiebung der X-X-Achse in Z-Z-Richtung.

In 6 ist das innere Axiallager 45, insbesondere ein reibungsgemindertes Nadellager, dieser Ausführungsform dargestellt, über welches die Lagerschale 30 in Richtung der X-X-Achse gegenüber dem Haltebügel 10 abgestützt wird und durch welches die Abrollbewegung bei Seitwärtsverschiebung der Lagerschale 30 unterstützt wird. Im Gegensatz zu der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform ist hier das innere Axiallager 45 als ringförmiges Lager mit einer Vielzahl von in einem Käfig 47 geführten Wälzkörpern 46 ausgebildet, die strahlenförmig zueinander angeordnet sind.


Anspruch[de]
Stufenlos verstellbarer Variator (1) für ein Toroidgetriebe eines Kraftfahrzeuges mit

– einem Haltebügel (10), der drehbar um eine Y-Y-Achse gelagert ist,

– einem Roller (5), der um eine X-X-Achse gegenüber dem Haltebügel (10) drehbar ist,

– einer Lagerschale (30), in der der Roller (5) in X-X-Richtung abgestützt wird und

– einer Führungseinrichtung (25, 35, 50), die eine parallele Verschiebung der X-X-Achse ermöglicht,

dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale (30) in Richtung der Y-Y-Achse einen direkten Kontakt zum Haltebügel (10) aufweist.
Variator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt (51) überwiegend linienförmig ausgebildet ist. Variator (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Parallelverschiebung der X-X-Achse zwischen Lagerschale (30) und Haltebügel (10) eine Wälz- oder Gleitbewegung erfolgt. Variator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale (30) unter Ausbildung eines in der Kontaktfläche (51) mit dem Haltebügel liegenden Momentanpols verschoben wird. Variator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (51) zwischen der Lagerschale (30) und dem Haltebügel (10) nur eine geringe Reibung aufweist. Variator (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltebügel (10) in der Kontaktfläche (51) ein Messing oder Teflon umfassendes Material aufweist. Variator (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltebügel Seitenwände (26) aufweist, die eine Verschiebung der Lagerschale in Z-Z-Richtung begrenzen.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com