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    • 专利摘要:
    Es wird vorgeschlagen ein Variator für ein Toroidgetriebe, mit einer Antriebsscheibe und einer Abtriebsscheibe, zwischen denen ein Toroidraum eingerichtet ist, wenigstens einem Roller, der innerhalb des Toroidraumes an einem Rollerträger um eine Drehachse drehbar gelagert ist, um Drehmoment von der Antriebsscheibe auf die Abtriebsscheibe zu übertragen, wobei der Rollerträger um eine Stellachse herum verdrehbar ist, um das Übersetzungsverhältnis des Variators zu verändern, und wobei der Rollerträger mittels eines Linearaktuators in Richtung der Stellachse verschiebbar ist, der das übertragene Drehmoment abstützt. DOLLAR A Dabei ist ein Drehaktuator vorgesehen, um den Rollerträger um die Stellachse herum zu verstellen.
    公开号:DE102004006445A1
    申请号:DE200410006445
    申请日:2004-02-03
    公开日:2005-08-18
    发明作者:Bernd Blankenbach
    申请人:Getrag Getriebe und Zahnradfabrik Hermann Hagenmeyer GmbH und Cie；
    IPC主号:F16H15-38
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft einen Variator für ein Toroidgetriebe, mit einerAntriebsscheibe und einer Abtriebsscheibe, zwischen denen ein Toroidraumeingerichtet ist, wenigstens einem Roller, der innerhalb des Toroidraumesan einem Rollerträger umeine Drehachse drehbar gelagert ist, um Drehmoment von der Antriebsscheibeauf die Abtriebsscheibe zu übertragen,wobei der Rollerträgerum eine Stellachse herum verdrehbar ist, um das Übersetzungsverhältnis desVariators zu verändern,und wobei der Rollerträgermittels eines Linearaktu ators in Richtung der Stellachse verschiebbarist, der das übertrageneDrehmoment abstützt.
    [0002] Aufdem Gebiet der Getriebe, insbesondere der Getriebe für Kraftfahrzeuge,besteht ein Trend hin zu stufenlosen Getrieben. Stufenlose Getriebeermöglichengenerell, den bei Kraftfahrzeugen vorgeschalteten Verbrennungsmotorunabhängigvon der jeweiligen Geschwindigkeit in einem günstigen Drehzahlbereich zubetreiben. Hierdurch verbessert sich der Wirkungsgrad des durchden Verbrennungsmotor und das stufenlose Getriebe gebildeten Antriebsstranges.Ferner bieten stufenlose Getriebe einen besonders hohen Fahrkomfort.
    [0003] Innerhalbder stufenlosen Getriebe haben die sogenannten Toroidgetriebe einebesondere Bedeutung, und zwar insbesondere aufgrund ihrer höheren Drehmomentkapazität im Vergleichzu stufenlosen Umschlingungsgetrieben (CVTs).
    [0004] Innerhalbder Toroidgetriebe findet das System von TorotrakTM besondereBeachtung (vgl. www.torotrak.com). Dieses Getriebe kommt ohne eingangsseitigeAnfahrkupplung oder hydrodynamischen Drehmomentwandler aus. Es handeltsich um ein Volltoroidgetriebe, das generell nach der Art eines Vorgelegegetriebesaufgebaut ist. Es sind jedoch auch andere Bauformen, z.B. Koaxialgetriebe,möglichund in Entwicklung. Der Variator sorgt für eine stufenlose Verstellungder Übersetzung.Ein Planetenradsatz dient als Summiergetriebe. Kern des Toroidgetriebesist der Variator der eingangs genannten Art bzw. eine Anordnungaus mehreren derartigen Variatoren.
    [0005] DieKraftübertragungzwischen den Scheiben und dem Roller erfolgt in tangentialer Richtung. Mittelsdes Linearaktuators werden die dabei auf den Roller wirkenden Kräfte abgestützt, beispielsweise andem Getriebegehäuse.
    [0006] Beidem eingangs genannten Variator ist der Rollerträger zur Änderung des Übersetzungsverhältnissesum die Stellachse herum verdrehbar, entlang der der Linearaktuatorverschiebbar ist. Sofern die Stellachse in der Toroidmittenebeneliegt, hat dies den Vorteil, dass die Kräfte der beiden Scheiben auf denRoller immer gleich groß sind.Insbesondere ist die Normalkraft zwischen Roller und Antriebsscheibe gleichder Normalkraft zwischen Roller und Antriebsscheibe. Demzufolgeist eine wirkungsgradoptimale Anpressung möglich. Demzufolge kann derVariator einen hohen Wirkungsgrad haben.
    [0007] DieLage des Rollers innerhalb des Toroidraumes ist jedoch im stationären Zustandnicht stabil. Deshalb ist es auch bekannt, zwischen der Stellachsedes Linearaktuators und der Toroidmittenebene einen sogenanntenCastorwinkel einzurichten. Dieses Konzept ist in der DE 697 05 730 T2 offenbart undschematisch in 9 gezeigt.
    [0008] 9 ist eine schematischeperspektivische Teilansicht eines Variators für ein Toroidgetriebe gemäß dem Standder Technik. Eine Scheibe (Antriebs- oder Antriebsscheibe) ist mit 2 bezeichnet.Ein Roller zur Drehmomentübertragungauf eine weitere (nicht dargestellte) Scheibe ist mit 4 bezeichnet.Der Roller 4 ist an einem gabelartigen Rollerträger 5 drehbargelagert. Der Rollerträger 5 istmittels eines Linearaktuators 7 entlang einer nicht näher bezeichnetenStellachse linear verschiebbar.
    [0009] DieseStellachse nimmt mit einer Toroidmittenebene 6 einen Castorwinkel 8 ein,der deutlich größer istals Null (z.B. 20°).Durch den Castorwinkel ergibt sich im stationären Zustand eine stabile Rollerlage.Die Schwingungen, die sich durch die Auslenkung des Rollers ausseinem energetischen Minimum einstellen, werden gedämpft.
    [0010] DieVerdrehung des Rollerträgers 5 umdie Stellachse herum (zur Änderungdes Übersetzungsverhältnisses)wird durch Betätigungdes Linearaktuators 7 eingeleitet. Durch die veränderte Relativlage inBezug auf die Antriebs- und Abtriebsscheibe verdreht bzw. kipptsich der Roller um die Stellachse herum, bis er wiederum sein energetischesMinimum gefunden hat. Der Rollerträger 5 ist dabei umdie Stellachse herum frei drehbar gelagert.
    [0011] DerVerdrehwinkel des Rollerträgers(auch Kippwinkel genannt) ist bei diesen konventionellen Variatorengenerell nicht beschränkt.Unter bestimmten Umständenkann der Roller soweit kippen, dass er den Kontakt zu den Scheibenverliert. Hierdurch wird der Variator funktionsuntüchtig. Umdies zu vermeiden, wird die Verschiebbarkeit des Rollerträgers 5 mittelsdes Linearaktuators 7 beschränkt, beispielsweise durch eineHydraulik-Stopp-Funktionalität. Dennochsind aufgrund von Kippschwingungen, die sich bei Übersetzungsänderungeneinstellen können, vergleichsweisegroßeVariatorscheiben notwendig, um zu verhindern, dass der Roller denKontakt zu den Scheiben verliert.
    [0012] Ausder DE 691 08 931T2 ist eine Steuereinrichtung für ein Toroidgetriebe bekannt.Das Übersetzungsverhältnis stelltsich, wie oben erläutert,gemäß der Positiondes Linearaktuators ein.
    [0013] Dabeiist der Roller an dem Rollerträgerentlang der Achse beweglich gelagert, um die der Roller dreht.
    [0014] Einweiterer Linearaktuator füreinen Rollerträgereines Variators eines Toroidgetriebes ist aus der DE 697 05 730 T2 bekannt.
    [0015] Ausder DE 699 01 826T2 ist ein weiteres Konzept bekannt, in dem eine konstruktiveLösung für die Verdrehbarkeitdes Kolbens des Linearaktuators um die Linearachse herum angegebenist.
    [0016] Vordem obigen Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindungdarin, einen Variator fürein Toroidgetriebe der eingangs genannten Art anzugeben, mit demsich eine stabile Lage des Rollers im Toroidraum erzielen lässt, ohneeinen Castorwinkel einzurichten.
    [0017] DieseAufgabe wird bei dem eingangs genannten Variator für ein Toroidgetriebedadurch gelöst,dass ein Drehaktuator vorgesehen ist, um den Rollerträger um dieStellachse herum zu verstellen.
    [0018] Dererfindungsgemäße Variatorunterscheidet sich folglich von dem Stand der Technik dadurch, dassder Rollerträgerum die Stellachse herum nicht frei beweglich drehbar gelagert ist.Stattdessen ist ein Drehaktuator vorgesehen, der die Drehlage (bzw. denKippwinkel) des Rollers „aktiv" bestimmt. Hierdurchlässt sicheine stabile Lage des Rollers auch im stationären Zustand einrichten, ohnedass die Stellachse um einen Castorwinkel gegenüber der Toroidmittenebene versetztwerden muss. Demzufolge ist der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Variators verbessert,da in den Kontaktellipsen zwischen dem Roller und den Scheiben keineunterschiedlichen Normalkräfte(wie bei Einrichtung eines Castorwinkels) auftreten.
    [0019] Fernerist es bei einem Drehaktuator vergleichsweise einfach möglich, dieEndlagen zu begrenzen. Dadurch kann die Betriebssicherheit erhöht werden,da ein Roller nicht überseinen konstruktiv definierten Winkel hinaus verdreht (verkippt)werden kann. Es kann ausgeschlossen werden, dass der Variator funktionsuntüchtig wird.
    [0020] DieAufgabe wird somit vollkommen gelöst.
    [0021] Vonbesonderem Vorteil ist es, wenn die Stellachse parallel zur Toroidmittenebeneausgerichtet ist.
    [0022] DieseMaßnahmeführt,wie oben erwähnt, zugleichen Normalkräftenin den Kontaktellipsen und somit insgesamt zu einem hohen Wirkungsgrad.Besonders bevorzugt ist es, wenn die Stellachse in die Toroidmittenebenefällt.
    [0023] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformist der Drehaktuator kraftgeregelt.
    [0024] Mitanderen Worten stellt sich die Drehposition des Rollerträgers inAbhängigkeitvon einer Kraft ein. Der Drehaktuator wird demgemäß nichthinsichtlich seiner Drehposition geregelt. Es versteht sich, dasseine derartige Kraftregelung insbesondere mit hydraulischen oderpneumatischen Systemen erzielbar ist.
    [0025] Daherist es von besonderem Vorteil, wenn der Drehaktuator ein fluidischerDrehaktuator ist. Da auch der Linearaktuator in Variatoren für Toroidgetriebein der Regel ebenfalls fluidisch (z.B. hydraulisch oder pneumatisch)ist, ergibt sich insgesamt ein einfacher Aufbau.
    [0026] Besondersbevorzugt ist es, wenn der Drehaktuator ein Drehflügelstellerist.
    [0027] Beieinem Drehflügelstellerkönneninsbesondere die Endlagen durch einen Anschlag des Drehflügels leichtrealisiert werden. Demzufolge kann bei dieser Art von fluidischemAktuator auf einfache Weise gewährleistetwerden, dass der Roller nicht funktionsuntüchtig wird.
    [0028] Insgesamtist es bevorzugt, wenn der Linearaktuator und der Drehaktuator gekoppeltsind.
    [0029] Untereiner Kopplung wird im vorliegenden Zusammenhang verstanden, dassdie Betätigungder Aktuatoren bzw. das Verstellen in Linearrichtung und in Drehrichtungvoneinander abhängigsind.
    [0030] Vorteilhafterweiseist dabei ein Längslager vorgesehen,das eine Relativverdrehung der Gehäuse von Linearaktuator undDrehaktuator um die Stellachse herum verhindert. Mittels des Längslagers lässt sichdas Moment abstützen,das zum Verkippen der Roller wirksam ist.
    [0031] Fernerist es von besonderem Vorteil, wenn der Linearaktuator und der Drehaktuatorseriell miteinander gekoppelt sind.
    [0032] Hierbeibewirkt die Betätigungeines der Aktuatoren in Folge die Betätigung des anderen Aktuators.
    [0033] Vonbesonderem Vorteil ist es insgesamt, wenn der lineare Aktuator undder Drehaktuator fluidisch gekoppelte Aktuatoren sind.
    [0034] Hierbeikann die Kopplung auf vergleichsweise einfache Weise erfolgen, indemdie Aktuatoren überFluidleitungen miteinander gekoppelt sind.
    [0035] Vonbesonderem Vorzug ist es, wenn die serielle Anordnung aus Linearaktuatorund Drehaktuator mittels eines Kippgelenkes um eine Kippachse verschwenkbarist, die senkrecht zur Toroidmittenebene ausgerichtet ist.
    [0036] Hierdurchwerden Ausgleichsbewegungen des Rollerträgers ermöglicht, um Verschiebungen desRollers aufgrund äußerer Kräfte kompensieren zukönnen.Insbesondere wird ermöglicht,dass der Rollermittelpunkt sich in der Toroidmittenebene im Wesentlichenentlang einer Kreisbahn (Toroidmittenkreis) bewegen kann.
    [0037] Vonbesonderem Vorteil ist es dabei ferner, wenn das Kippgelenk einLängslageraufweist, um Bewegungen der seriellen Aktuatoranordnung entlangder Kippachse zu ermöglichen.Insbesondere ermöglichtdie Kombination von Kipp- und Längslagereine Kompensation von eventuellen Relativbewegungen zwischen Variatorscheibenund der Kopplung des Linearaktuators z.B. mit dem Getriebegehäuse.
    [0038] Gemäß einerweiteren, insgesamt bevorzugten Ausführungsform weist der Linearaktuatoreine Kolben/Zylinderanordnung auf und der Drehaktuator greift andem Kolben der Kolben/Zylinderanordnung an.
    [0039] Hierbeiist der Kolben der Kolben/Zylinderanordnung drehbar gelagert undder Drehaktuator wird dazu verwendet, um den Kolben aktiv in Richtungum die Stellachse herum zu verdrehen.
    [0040] Dabeiist es von besonderem Vorteil, wenn die Kolben/Zylinderanordnungwenigstens eine Kammer aufweist, wobei der Druck in der Kammer die Kraftzur Abstützungdes Drehmomentes bestimmt, das von dem Roller übertragen wird.
    [0041] Zudiesem Zweck ist der Kolben der Kolben/Zylinderanordnung in derRegel unmittelbar mit dem Rollerträger verbunden. Ferner ist dieKolben/Zylinderanordnung in der Regel doppelt wirkend ausgebildetund weist demzufolge zwei Kammern auf.
    [0042] Beidieser Ausführungsformist es ferner vorteilhaft, wenn der Drehaktuator wenigstens eine Kammeraufweist, wobei der Druck in dieser Kammer die Kraft zur Verstellungdes Rollerträgersum die Stellachse herum bestimmt.
    [0043] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformist es vorgesehen, dass die Kammern des Linearaktuators und desDrehaktuators miteinander verbindbar sind.
    [0044] Hierdurchwird eine fluidische Kopplung der Aktuatoren eingerichtet.
    [0045] Vonbesonderem Vorteil ist es dabei, wenn die Kammern in Abhängigkeitvon der Linearstellung des Kolbens miteinander verbindbar sind.
    [0046] Beidieser Ausführungsformist es z.B. möglich,die Verbindung überSteuerkanten im Gehäuse derKolben/Zylinderanordnung zu realisieren. Separate Ventile sind hierbeinicht erforderlich.
    [0047] Insgesamtist es dann ebenfalls bevorzugt, wenn ein Kolben des Linearaktuatoreine Kolbenstange aufweist, in die Hydraulikleitungen zum Ansteuerndes Drehaktuators integriert sind.
    [0048] Beidieser Ausführungsformkann die Kopplung zwischen den Aktuatoren über die Kolbenstange erfolgen.Externe Leitungen sind dann nicht notwendig.
    [0049] Vonbesonderem Vorteil ist es ferner, wenn der Kolben des Linearaktuatorsdurch mindestens eine Feder in der Nullpunktlage gehalten wird und wenndie Druckkräfteauf den Kolben des Linearaktuators im Gleichgewicht mit den Tangentialkräften in denbeiden Kontaktpunkten sind.
    [0050] Beidieser Ausführungsformist es z.B. möglich,den Einfluss der Schwerkraft durch eine geeignete Einstellung derFederkraft zu kompensieren.
    [0051] Vonbesonderem Vorteil ist es dabei, wenn der Verschiebeweg des Kolbensdes Linearktuators begrenzt ist.
    [0052] Beidieser Ausführungsformkann die Begrenzung des Verschiebeweges z.B. derart realisiert sein,dass bei maximaler Verschie bung des Kolbens die fluidischen Leitungenim Gehäusedes Linearaktuators und die fluidischen Leitungen im Kolben des Linearaktuatorsmit dem größtmöglichenDurchlassquerschnitt in Verbindung sind.
    [0053] DieStabilitätdes Rollers in stationäremZustand wird durch die abgeschlossenen Fluidvolumina im Drehaktuatorgewährleistet.
    [0054] Insgesamtwird durch die Erfindung ein Variator geschaffen, der einen hohenWirkungsgrad aufweist. Der Aufbau des Variators ist einfach, kostengünstig undBauraum sparend. Ferner wird eine hohe Betriebssicherheit erzielt.
    [0055] Esversteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehendnoch zu erläuternden Merkmalenicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch inanderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohneden Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
    [0056] Ausführungsbeispieleder Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in dernachfolgenden Beschreibung nähererläutert.Es zeigen:
    [0057] 1 eineschematische Darstellung eines Toroidgetriebes, in dem ein erfindungsgemäßer Variatorverwendbar ist;
    [0058] 2 eineschematische Draufsicht auf einen Variator gemäß einer Ausführungsformder Erfindung;
    [0059] 3 eineTeilansicht des Variators der 2 während einerBetätigungdes Drehaktuators;
    [0060] 4 eineder 3 entsprechende Ansicht bei einer Betätigung desDrehaktuators in die andere Richtung;
    [0061] 5 eineschematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsformdes erfindungsgemäßen Variators;
    [0062] 6 eineSeitenansicht des Variators der 5;
    [0063] 7 eineschematische perspektivische Ansicht eines Drehaktuators für einenerfindungsgemäßen Variator;
    [0064] 8 einealternative Ausführungsformeines erfindungsgemäßen Variators;und
    [0065] 9 einenVariator gemäß dem Standder Technik.
    [0066] In 1 istein schematisch dargestelltes Toroidgetriebe generell mit 10 bezeichnet.
    [0067] DasToroidgetriebe 10 weist eine Getriebeeingangswelle 12,eine Vorgelegewelle 14 und eine Getriebeausgangswelle 16 auf.
    [0068] EineVariatoranordnung des Toroidgetriebes 10 ist bei 20 gezeigt.Die Variatoranordnung 20 weist eine Variatorhauptwelle 22 undeine Variatornebenwelle 24 auf. Ferner beinhaltet die Variatoranordnung 20 zweiVariatoren 26A, 26B.
    [0069] JederVariator 26 weist eine Antriebsscheibe 28A, 28B undeine Abtriebsscheibe 30A, 30B auf.
    [0070] DieAntriebsscheiben 28A, 28B schließen mitden jeweiligen Abtriebsscheiben 30A, 30B jeweilseinen Toroidraum 32A, 32B ein. Die Toroidräume 32A, 32B definierenjeweils eine Toroidmittenebene 33A, 33B.
    [0071] Inden Toroidräumen 32A, 32B sindjeweils, überden Toroidraum umfänglichverteilt, eine Mehrzahl von Rollern 34 angeordnet, in derRegel jeweils drei Roller 34.
    [0072] DieRoller 34 lassen sich mittels einer nicht näher dargestelltenAktuatorik räumlichinnerhalb des Toroidraumes 32 verstellen, wie es schematisch bei 36 gezeigtist, um die Übersetzungder Variatoranordnung 20 zu verändern. Dabei versteht sich,dass alle Roller 34 der Variatoren 26A, 26B gleichsinnig verstelltwerden, um die auftretenden Reaktionskräfte gleichmäßig über den Umfang der Variatoranordnung 20 aufnehmenzu können.
    [0073] Bei 38 istein Radsatz gezeigt, der die Vorgelegewelle 14 nach derArt einer Konstanten mit der Variatornebenwelle 24 verbindet,an der die Antriebsscheiben 28A, 28B festgelegtsind. Die Abtriebsscheiben 30A, 30B sind an derVariatorhauptwelle 22 festgelegt, die mit einem Summiergetriebe 40 verbundenist.
    [0074] DasSummiergetriebe 40 weist einen Planetenradsatz 42 auf.Die Variatorhauptwelle 22 ist mit dem Sonnenrad des Planetenradsatzes 42 verbunden.Die Vorgelegewelle ist übereinen weiteren (nicht bezeichneten) Radsatz mit den Planetenträgern desPlanetenradsatzes 42 verbunden.
    [0075] DasSonnenrad ist übereine High-Regime-Kupplung 44 mit der Getriebeausgangswelle 16 verbindbar.Das Hohlrad des Planeten radsatzes 42 ist über eineLow-Regime-Kupplung 46 mit der Getriebeausgangswelle 16 verbindbar.
    [0076] DieFunktionsweise des Toroidgetriebes 10 ist allgemein bekanntund wird aus Gründeneiner kompakten Darstellung hier nicht im Detail beschrieben.
    [0077] 2 zeigteine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Variators 26.
    [0078] DerVariator 26 kann als die Variatoren 26A, 26B derVariatoranordnung 20 in dem Toroidgetriebe 10 der 1 eingesetztwerden. Gleiche Elemente sind daher mit gleichen Bezugsziffern versehen.
    [0079] DerVariator 26 weist eine Antriebsscheibe 28 undeine Abtriebsscheibe 30 auf, zwischen denen drei Roller 34 drehbargelagert sind, von denen nur einer dargestellt ist.
    [0080] DerRoller 34 ist an einem Rollerträger 50 drehbar umeine Drehachse 48 gelagert. Der Rollerträger 50 kannbeispielsweise gabelartig ausgebildet sein, ähnlich wie der Rollerträger 50 der 9.
    [0081] DerRollerträger 50 istentlang einer Stellachse 52 ausgerichtet, die in einerToroidmittenebene des Toroidraumes 32 zwischen den Scheiben 28, 30 liegt.
    [0082] Bei 54 istschematisch angedeutet, dass der Rollerträger 50 um die Stellachse 52 herumverdrehbar (verkippbar) ist, um das Übersetzungsverhältnis desVariators 26 zu verändern.Bei 56 ist ferner schematisch dargestellt, dass der Rollerträger 50 entlang derStellachse 52 linear verstellbar bzw. verschiebbar ist.
    [0083] In 2 sindferner die Kräfteverhältnisseim Variator 26 schematisch dargestellt. Auf die Antriebsscheibe 28 wirktein Moment (z.B. entsprechend einem Drehmoment des Verbrennungsmotorseines Kraftfahrzeuges), das im Kontaktpunkt zwischen der Scheibe 28 unddem Roller 34 einer tangentiellen Kraft FR entspricht.Der Roller 34 überträgt ein Momentauf die Abtriebsscheibe 30. Dieses Moment ruft eine TangentialkraftFR im Kontaktpunkt zwischen Roller 34 undAbtriebsscheibe 30 hervor. Um den Roller 34 folglichin seiner Lage innerhalb des Toroidraumes 32 zu halten,ist eine Axialkraft FA = 2 × FR erforderlich.
    [0084] DieKraft FA wird von einem Linearaktuator 60 erzeugt,der außerhalbdes Toroidraumes 32 in Verlängerung der Stellachse 52 vorgesehenist.
    [0085] In 2 istder stationäreZustand des Variators 26 gezeigt, bei dem die an dem Roller 34 angreifendenKräfteim Gleichgewicht sind und sich die Drehachsen von Roller 34 undScheiben 28, 30 schneiden. Dieser Zustand entsprichtdem energetischen Minimum des Systems.
    [0086] Für die Übertragungeines Drehmomentes von der Antriebsscheibe 28 auf die Abtriebsscheibe 30 müssen dieScheiben 28, 30 zusammengepresst werden, damitin den Kontaktpunkten (genauer: Kontaktellipsen) die Kräfte FR in tangentialer Richtung übertragenwerden können.
    [0087] DerLinearaktuator 60 ist als hydraulische Kolben/Zylinderanordnungausgebildet. Ein Kolben 62 des Linearaktuators 60 istmit der Stellachse 52 ausgerichtet und mit dem Rollerträger 50 starrverbunden.
    [0088] DerLinearaktuator 60 in Form der Kolben/Zylinderanordnungist doppelt wirkend ausgebildet, mit zwei Kammern 64, 66.Eine Kolbenstange des Kolbens 62, die mit dem Rollerträger 50 verbundenist, ist mit 68 bezeichnet.
    [0089] Ander Kolbenstange 68 greift ein Drehaktuator 70 an.Der Drehaktuator 70 ist als Drehflügelsteller 72 ausgebildetund weist ein Gehäuse 74 auf.Im Inneren des Gehäuses 74 istein Drehflügelkolben 76 aufgenommen,der starr mit der Kolbenstange 68 verbunden ist.
    [0090] DasGehäuse 74 desDrehaktuators 70 ist drehfest in Bezug auf das Gehäuse desLinearaktuators 60 festgelegt. In Axialrichtung (parallelzu der Stellachse 52) ist das Gehäuse 74 des Drehaktuators 70 verschieblichin Bezug auf das Gehäusedes Linearaktuators 60 gelagert, beispielsweise mittelseines (nicht dargestellten) Längslagersrelativ zu dem Gehäusedes Linearaktuators 60.
    [0091] DerDrehaktuator 70 ist ebenfalls als hydraulischer Aktuatorausgebildet und weist eine erste Kammer 77 und eine zweiteKammer 78 auf.
    [0092] EinHydraulikkreis zum Ansteuern der Aktuatoren 60, 70 weistein schematisch mit 80 bezeichnetes Hydraulikleitungssystemauf.
    [0093] DasHydraulikleitungssystem 80 weist eine Zuleitung 82 indie erste Kammer 64 des Linearaktuators 60 auf.Entsprechend ist eine Zuleitung 84 zu der zweiten Kammer 66 desLinearaktuators vorgesehen.
    [0094] Andem Gehäusedes Linearaktuators 60 sind ein erster Auslass 86 undein zweiter Auslass 88 sowie ein erster Überbrückungskanal 90 undein zweiter Überbrückungskanal 92 ausgebildet.
    [0095] DerLinearaktuator 60 ist in 2 in einer Grundpositiongezeigt, in der ein Druck P1 in der ersten Kammer 64 gleicheinem Druck P2 in der zweiten Kammer 66 ist und von demVariator 26 kein Moment übertragen wird. Hierdurch stelltsich eine Mittellage des Kolbens 62 ein. In dieser Mittellagesind die Auslässe 86, 88 unddie Überbrückungskanäle 90, 92 durchden Kolbenumfang geschlossen.
    [0096] Indem Kolben 62 und der Kolbenstange 68 sind fernerein erster Kolbenkanal 94 und ein zweiter Kolbenkanal 96 ausgebildet.Der erste Kolbenkanal 94 verbindet die zweite Kammer 78 desDrehaktuators 70 mit einem Umfangsabschnitt des Kolbens 62, derdem ersten Auslass 86 und dem ersten Überbrückungskanal 90 zugeordnetist. In entsprechender Weise verbindet der zweite Kolbenkanal 96 dieerste Kammer 77 des Drehaktuators 70 mit einemanderen Umfangsabschnitt des Kolbens 62, der dem zweiten Auslass 88 unddem zweiten Überbrückungskanal 92 zugeordnetist.
    [0097] DerDruck in der ersten Kammer 77 des Drehaktuators 70 istmit P3 bezeichnet, der Druck in der zweiten Kammer 78 mitP4.
    [0098] Inder dargestellten Mittellage des Kolbens 62 sind die Kolbenkanäle 94, 96 geschlossen,das heißtweder mit einem der Auslässe 86, 88 nochmit einem der Überbrückungskanäle 90, 92 verbunden. Dabeisind die DrückeP3 und P4 gleich (wenn kein Moment übertragen wird). Der Drehflügelkolben 76 befindetsich in einer stabilen Drehlage, die die Drehposition des Rollerträgers 50 (unddamit das Übersetzungsverhältnis desVariators 26) bestimmt.
    [0099] In 2 istferner dargestellt, dass in der ersten Kammer 64 des Linearaktuators 60 einerstes Federpaket 98 angeordnet ist. Entsprechend ist in derzweiten Kammer 66 ein zweites Federpaket 100 angeordnet.
    [0100] DieseFederpakete 98, 100 sind dazu ausgelegt, die Mittellagedes Kolbens 62 einzurichten, auch wenn die Kammern 64, 66 über dieZuleitungen 82, 84 drucklos gehalten sind.
    [0101] DieFederpakete 98, 100 können ferner dazu vorgesehensein, die Einflüsseder Schwerkraft zu kompensieren, die wegen der Orientierung derGesamtanordnung aus Aktuatoren 60, 70 und Roller 34 imVariator unterschiedlich sein können.In diesem Zusammenhang sei daran erinnert, dass 2 lediglicheinen Roller 34 zeigt, während in der Praxis mehr alsein Roller (in der Regel drei Roller) über den Umfang der Scheiben 28, 30 verteiltangeordnet sind.
    [0102] ImstationärenZustand ist die Druckdifferenz P1 minus P2 proportional zu der AxialkraftFA. Um den Roller 34 stationär in dereingestellten Lage zu halten, ist es möglicherweise notwendig, diese DruckdifferenzP1 minus P2 zu regeln. Die hierbei notwendigen Hubbewegungen desKolbens 62 bewegen sich jedoch innerhalb eines solchenBereiches, dass die Kolbenkanäle 94, 96 nichtmit den Auslässen 86, 88 bzw. Überbrückungskanälen 90, 92 inVerbindung treten.
    [0103] DasVerstellen des Übersetzungsverhältnissesdes Variators 26 erfolgt entweder durch Verändern derDruckdifferenz P1 minus P2, wie es schematisch in 3 und 4 dargestelltist oder durch Verändernder TangentialkräfteFR.
    [0104] In 3 wirddie Druckdifferenz P1 minus P2 derart vergrößert, dass die Kraft aufgrundder Druckdifferenz P1 minus P2 auf den Kolben 62 größer ist alsdie Summe der TangentialkräfteFR in den beiden Kontaktellipsen. Dies hatzur Folge, dass der Kolben 62 in Richtung hin zu der zweitenKammer 66 verschoben wird. Hierdurch tritt der erste Kolbenkanal 94 mitdem ersten Überbrückungskanal 90 inVerbindung. Hierdurch wird der Druck P4 in der zweiten Kammer 78 desDrehaktuators 70 gleich dem Druck P1 in der ersten Kammer 64.Gleichzeitig wird der zweite Kolbenkanal 96 mit dem zweitenAuslass 88 verbunden, so dass der Druck P3 in der erstenKammer 77 des Drehaktuators 70 abfällt. Esgilt, P1 > P2 undP4 > P3. Aufgrundder letzten Druckdifferenz wird der Drehflügelkolben 76 innerhalbdes Gehäuses 74 desDrehaktuators 70 verdreht. Damit wird auch der Kolben 62 undfolglich der Roller 34 um die Stellachse 52 herumverdreht, wie es in 3 durch einen entsprechendenPfeil angedeutet ist.
    [0105] Sobalddie Kraft aufgrund der Druckdifferenz P1 minus P2 auf den Kolben 62 gleichder Summe der TangentialkräfteFR ist, wird der Kolben 62 durch diebis dahin verformten Federn 98 und 100 in die Mittellagegebracht (vgl. 2) und folglich ein stationärer Zustanddes Drehaktuators eingestellt.
    [0106] EinVerstellvorgang des Rollers 34 in die entgegengesetzteRichtung ist in 4 dargestellt. Hierbei wirdentweder die Druckdifferenz P1 minus P2 verkleinert oder die Tangentialkräfte FR in den Kontaktellipsen werden vergrößert. Dabeiwird der Kolben 62 in Richtung hin zu der ersten Kammer 64 verschoben.Der erste Kolbenkanal 94 wird mit dem ersten Auslass 86 verbunden.Der zweite Kolbenkanal 96 wird mit dem zweiten Überbrückungskanal 92 verbunden.Hierdurch wird der Druck P3 in der ersten Kammer 77 desDrehaktuators 70 gleich dem Druck P2 in der zweiten Kammer 66 desLinearaktuators. Der Druck P4 fälltaufgrund der Verbindung mit dem Auslass 86 demgegenüber ab.Es gilt: P1 < P2und P4 < P3. Aufgrundder letzteren Druckdifferenz wird der Drehflügelkolben 76 in dieentgegengesetzte Richtung verdreht. Entsprechend wird der Roller 34 innerhalbdes Toroidraumes in entsprechender Weise verdreht bzw. gekippt.
    [0107] Beidieser Ausführungsformdes erfindungsgemäßen Variators 26 erfolgtder Verdrehvorgang des Rollers 34 um die Stellachse 52 herumkraftgeregelt. Die Kraftregelung erfolgt durch eine Druckregelungder DrückeP1 und P2. Mit anderen Worten wird das Verdrehen bzw. Verkippendes Rollers nicht reaktiv durch eine Kraftkomponente in der Kontaktfläche zwischenRoller 34 und Scheiben 28, 30 bewirkt.Der Verdrehvorgang wird überdie genannten Druckdifferenzen „aktiv" geregelt. Demzufolge kann trotz der Tatsache,dass kein Castorwinkel eingerichtet ist, der Roller 34 inder jeweils eingestellten Dreh- bzw. Kipplage stabil und schwingungsfreigehalten werden.
    [0108] Fernerkann in den Drehflügelsteller 72 durch geeigneteAusbildung der Kammern 77, 78 und des Drehflügelkolbens 76 einmaximaler Verdrehbereich auf einfache Weise eingerichtet werden.Demzufolge wird die Betriebssicherheit erhöht, da der Roller nicht über seinenkonstruktiv definierten Winkel hinaus verdreht werden kann. Durchdas Fehlen des Castorwinkels wird der Wirkungsgrad des Variatorsverbessert. Insgesamt ist der Aufbau einfach, kostengünstig realisierbarund Bauraum einsparend.
    [0109] Fernerkann der Verschiebeweg des Kolbens 62 des Linearaktuators 60 (z.B.durch die Anschläge 115 und 116)derart begrenzt sein, dass bei den maximalen Auslenkungen des Kolbens 62 ausder Mittelstellung bzw. Neutralstellung die Kolbenkanäle 94, 96 mitden Auslässen 86 bzw. 88 und Überbrückungskanälen 90 bzw. 92 inVerbindung stehen, z.B. durch die Anschläge 115, 116,wie sie in 3 und 4 gezeigtsind.
    [0110] ZurVerbindung der Kammern 77, 78 mit den Kolbenkanälen 94, 96 sindin dem Gehäuse 74 des Drehaktuators 70 entsprechendeHydraulikleitungen vorgesehen, die in 2 nichtnäher bezeichnet sind.
    [0111] Umzu ermöglichen,dass sich der Mittelpunkt des Rollers 34 bei Verstellbewegungendes Linearaktuators 60 auf einer Kreisbahn um die Achse derScheiben 28, 30 herum bewegen kann, kann es sinnvollsein, das Gehäusedes Linearaktuators 60 an einem geeigneten Kippelementzu lagern. Um ferner Ausgleichsbewegungen des Rollers 34 inRichtung parallel zur Drehachse der Scheiben 28, 30 zu ermöglichen,kann es ferner sinnvoll sein, das Kippgelenk als Längslagerin dieser Richtung auszubilden.
    [0112] Einesolche Ausführungsformist schematisch in den 5 und 6 dargestellt.
    [0113] Diegenerelle Funktionsweise des in diesen Figuren dargestellten Variators 26 entsprichtjener des Variators 26 der 2 bis 4,so dass gleiche bzw. entsprechende Elemente mit gleichen Bezugsziffernversehen sind. Soweit nichts anderes erwähnt ist, soll die obige Beschreibungdes Variators 26 der 2 bis 4 auchauf den Variator der 5 bis 6 anwendbarsein.
    [0114] Wiedargestellt, ist das Gehäusedes Linearaktuators 60 an dem dem Roller 34 zugewandten Endemit einem Längslager 110 versehen.Das Längslager 110 stehtin Verbindung mit dem Gehäusedes Drehaktuators 70, und zwar derart, dass relative Längsbewegungendes Drehaktuators 70 entlang der Stellachse 72 inBezug auf das Gehäusedes Linearaktuators 60 möglich sind. Relative Verdrehbewegungender Gehäuseder Aktuatoren 60, 70 zueinander werden jedochdurch das Längslager 110 verhindert.
    [0115] Andem dem Roller 34 abgewandten Ende ist das Gehäuse desLinearaktuators 60 mit einem Kippgelenk 112 versehen,das in 5 und 6 schematisch dargestellt ist.Das Kippgelenk 112 ermöglichteine Kippbewegung der Gesamtanordnung aus den Aktuatoren 60, 70,dem Rollerträger 50 unddem Roller 34 um eine Kippachse 114 herum, diesenkrecht zu der Stellachse 52 und parallel zu einer Drehachseder Scheiben 28, 30 ausgerichtet ist.
    [0116] DasKippgelenk 114 ist ferner als Längslager in Richtung entlangder Kippachse 114 ausgerichtet, um somit Ausgleichsbewegungender Gesamtanordnung in Richtung parallel zu der Kippach se 114 (und damitsenkrecht zu der Toroidmittenebene) bzw. der Stellachse 52 zuermöglichen.
    [0117] In 7 istin schematischer Form ein Drehaktuator 70 gezeigt, wieer fürdie Variatoren 26 der 2 bis 6 verwendetwerden kann.
    [0118] Esist zu erkennen, dass der Drehflügelkolben 76 starrmit einer Kolbenstange 68 verbunden ist. Das Gehäuse 74 desDrehaktuators ist so ausgebildet, dass wenigstens eine erste Kammer 77 undeine zweite Kammer 78 eingerichtet werden. Im vorliegendenFall sind zwei erste Kammern 77 und zwei zweite Kammern 78 vorgesehen,die jeweils diametral zueinander angeordnet sind. Hierdurch werdendie bei Verstellvorgängenauftretenden Kräftebzw. Momente in Bezug auf die Achse der Kolbenstange 68 symmetrischangelegt. Hierdurch wird die Lagerung vereinfacht.
    [0119] Beider in den 2 bis 7 dargestellten Ausführungsformeines erfindungsgemäßen Variators 26 wirktdie Anordnung aus den Aktuatoren 60, 70 als Momentensteller.Das heißt,die Variatorübersetzungist auch bei gleichbleibender Druckdifferenz P1 minus P2 veränderbar.Dies wird unter anderem durch die Funktionalität des Kolbens 62 alseine Art Schieberventil und einer fluidischen Kopplung mit dem Drehaktuator 70 erreicht.
    [0120] In 8 isteine alternative Ausführungsform deserfindungsgemäßen Variatorsgenerell mit 26' bezeichnet.
    [0121] Beidieser Ausführungsformist ein herkömmlicherLinearaktuator 60' miteinem nicht verdrehbaren Kolben 68-1 versehen. Der Rollerträger 50' ist mit einemweiteren Kolbenstück 68-2 ver bunden.Der Kolben 68-1 und das Kolbenstück 68-2 sind über einDrehgelenk 120 miteinander verbunden. Das Drehgelenk 120 sorgtdafür,dass die Kolbenelemente 68-1 und 68-2 in Verstellrichtungdes Linearaktuators 60' linearstarr miteinander verbunden sind, jedoch relativ zueinander verdrehbarsind.
    [0122] DerDrehaktuator 70' istunabhängigvon dem Linearaktuator 60' ausgebildetund ist vorgesehen, um das Kolbenstück 68-2 nach Bedarfzu verdrehen, um den Roller 34' innerhalb des Variators 26' zu verdrehenbzw. zu verkippen, um so das Übersetzungsverhältnis desVariators 26' einzustellen.
    [0123] Aufgrundder Tatsache, dass der Drehaktuator 70' unabhängig von dem Linearaktuator 60' ausgebildetist, wirkt der Mechanismus insgesamt nur als Übersetzungssteller und nichtals Momentensteller. Eine fluidische Kopplung zwischen den Aktuatoren istdabei nicht vorgesehen. In diesem Fall könnte auf den Linearaktuator 60' auch verzichtetwerden.
    [0124] Beider Ausführungsformder 8 ist es jedoch auch möglich, die Aktuatoren 60', 70' in einer Form ähnlich zujener der Aktuatoren 60, 70 fluidisch miteinanderzu koppeln.
    [0125] DieAnordnung aus den Aktuatoren 60, 70 ist nichtnur bei Variatoren fürToroidgetriebe anwendbar. Insbesondere die Variatoren der 2 bis 6 sindgenerell bei jeder beliebigen Anwendung einsetzbar, bei denen einerotatorische – odermit einer entsprechenden Umlenkung auch eine translatorische – Positionvon den wirkenden Kräftenabhängt. Entscheidendist hierbei die Verbindung von jeweils zwei Kammern des Linearaktuators 60 unddes Drehaktuators 70 in Stellungen, die aus der Mittellagedes Kolbens des Linearaktuators 60 abweichen.
    权利要求:
    Claims (17)
    [1] Variator (26) für ein Toroidgetriebe (10),mit einer Antriebsscheibe (28) und einer Antriebsscheibe (30)zwischen denen ein Toroidraum (32) eingerichtet ist, wenigstenseinem Roller (34), der innerhalb des Toroidraumes (32)an einem Rollerträger(50) um eine Drehachse (48) drehbar gelagert ist,um Drehmoment von der Antriebsscheibe (28) auf die Abtriebsscheibe(30) zu übertragen,wobei der Rollerträger(50) um eine Stellachse (52) herum verdrehbar ist,um das Übersetzungsverhältnis desVariators (26) zu verändern,und wobei der Rollerträger(50) mittels eines Linearaktuators (60) in Richtungder Stellachse (52) verschiebbar ist, der das übertragene Drehmomentabstützt, dadurchgekennzeichnet, dass ein Drehaktuator (70) vorgesehenist, um den Rollerträger(50) um die Stellachse (52) herum zu verstellen.
    [2] Variator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Stellachse (52) parallel zur Toroidmittenebene(33) ausgerichtet ist.
    [3] Variator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass der Drehaktuator (70) kraftgeregelt ist.
    [4] Variator nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet,dass der Drehaktuator (70) ein fluidbetriebener Drehaktuator(70) ist.
    [5] Variator nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet,dass der Drehaktuator (70) ein Drehflügelsteller (72) ist.
    [6] Variator nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet,dass der Linearaktuator (60) und der Drehaktuator (70)gekoppelt sind.
    [7] Variator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass ein Längslager(110) vorgesehen ist, das eine Relativdrehung der Gehäuse vonLinearaktuator (60) und Drehaktuator (70) um dieStellachse (52) herum verhindert.
    [8] Variator nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,dass der Linearaktuator (60) und der Drehaktuator (70)seriell miteinander gekoppelt sind.
    [9] Variator nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet,dass der Linearaktuator (60) und der Drehaktuator (70) über einFluid gekoppelte Aktuatoren sind.
    [10] Variator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,dass die serielle Anordnung aus Linearaktuator (60) undDrehaktuator (70) mittels eines Kippgelenkes (112)um eine Kippachse (114) verschwenkbar ist, die senkrechtzur Toroidmittenebene ausgerichtet ist.
    [11] Variator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,dass das Kippgelenk (112) ein Längslager aufweist, um Bewegungender seriellen Aktuatoranordnung (60, 70) entlangder Kippachse (114) zu ermöglichen.
    [12] Variator nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet,dass der Linearaktuator (60) eine Kolben/Zylinderanordnungaufweist und dass der Drehaktuator (70) an dem Kolben (62)der Kolben/Zylinderanordnung angreift.
    [13] Variator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,dass die Kolben/Zylinderanordnung wenigstens eine Kammer (64, 66)aufweist, wobei der Druck (P1, P2) in der Kammer (64, 44)die Kraft zur Abstützungdes Drehmomentes bestimmt, das von dem Roller (34) übertragenwird.
    [14] Variator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,dass der Drehaktuator (70) wenigstens eine Kammer (77, 78)aufweist, wobei der Druck (P3, P4) in der Kammer (77, 78)die Kraft zur Verstellung des Rollerträgers (50) um die Stellachse(52) herum bestimmt.
    [15] Variator nach Anspruch 13 und 14, wobei die Kammern(64, 66 bzw. 77, 78) des Linearaktuators (60)und des Drehaktuators (70) miteinander verbindbar sind.
    [16] Variator nach Anspruch 15, wobei die Kammern (64, 66 bzw. 77, 78)in Abhängigkeitvon der Linearstellung des Kolbens (62) miteinander verbindbarsind.
    [17] Variator nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet,dass ein Kolben (62) des Linearaktuators (60)eine Kolbenstange (68) aufweist, in die Hydraulikleitungen(94, 96) zum Ansteuern des Drehaktuators (70)integriert sind.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
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