Kegelscheibenpaar für ein Keqelscheibenumschlinαungsgetriebe

Die Erfindung betrifft ein Kegelscheibenpaar für ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe.

Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, wie sie beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, enthalten im Allgemeinen zwei Kegelscheibenpaare, die von einem Umschlingungs- mittel, beispielsweise einer speziellen Kette, umschlungen werden. Durch gegensinnige Veränderung des Abstandes zwischen den Kegelscheiben jedes Kegelscheibenpaares lässt sich die übersetzung des Getriebes kontinuierlich verändern.

Mit Vorteil enthält ein Kegelscheibenpaar, bevorzugt das antriebsseitige, einen integrierten Drehmomentfühler, mit dem das von einem Antriebsmotor her wirkende Drehmoment erfasst wird und ein Anpressdruck zwischen den Kegelscheiben des zugehörigen Scheibenpaars entsprechend dem Drehmoment verändert wird. Für eine kompakte Bauweise des Drehmomentfühlers ist es vorteilhaft, wenn der Drehmomentfühler unmittelbar in den Bauraum zwischen einer die Wegscheibe des Kegelscheibenpaares abstützenden, mit der Welle des Kegelscheibenpaars starr verbundenen Stützringwand und der Wegscheibe angeordnet ist. Um dies zu ermöglichen, weist ein zum Drehmomentfühler gehörender Fühlkolben axiale Arme auf, die die Stützringwand durchragen und außerhalb der Stützringwand in Verzahnungseingriff mit einem beispielsweise von einem Antriebsmotor angetriebenen Eingangsrad sind.

Aufgrund des Zahneingriffes, über den die volle Leistung bzw. das volle Moment des Antriebsmotors übertragen wird, werden an die mit der Verzahnung ausgebildeten Arme des Fühlkolbens hohe mechanische Anforderungen gestellt, die eine präzise Fertigung aus hochwertigem Material erfordern und zu Problemen hinsichtlich der Dauerhaltbarkeit bei langen Betriebsdauern führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehenden Probleme zu lösen, d.h. eine Möglichkeit anzugeben, das Kegelscheibenpaar derart auszubilden, dass die Arme des Fühlkolbens bei hoher Dauerhaltbarkeit in kostengünstiger Weise herstellbar sind.

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

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

Erfindungsgemäß enthält ein Kegelscheibenpaar für ein Kegelscheibenumschlingungsgetrie- be eine Eingangswelle, die starr mit einer Festscheibe verbunden ist, eine auf der Welle axial verschiebbar und drehfest angeordnete Wegscheibe, eine Drehmomentfühleinrichtung mit einer starr mit einem die Welle umgreifenden, relativ zur Welle axial verschiebbaren und verdrehbaren Fühlkolben verbunden ist, welche Formflächen derart ausgebildet sind, dass sich bei einer änderung des zwischen dem Fühlkolben und der Wegscheibe wirksamen Drehmoments die axiale Stellung des Fühlkolbens durch Abwälzen von zwischen den Formflächen angeordneten Wälzkörpern auf den Formflächen ändert, welcher Fühlkolben an seiner von der Wegscheibe abgewandten Seite in Umfangsrichtung voneinander beabstandete, axial gerichtete Arme aufweist, die mit axialen Verzahnungen versehen sind, die mit einer axialen Um- fangsverzahnung eines auf der Welle drehbar und im Wesentlichen axial unverschiebbar gelagerten, drehantreibbaren Eingangsrades in Eingriff ist, und einen Stützring, der auf der den Verzahnungen der Arme radial gegenüberliegenden Seite in Anlage an den Armen ist und die Verzahnungen der Arme in Eingriff mit der Umfangsverzahnung des Eingangsrades drängt.

Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Stützring können radiale, auf die Arme wirkende Kräfte unmittelbar abgestützt werden. Auch in Umfangsrichtung wirkende Kräfte werden von dem Stützring mit aufgenommen.

Die Umfangsverzahnung des axialen Ansatzes des Fühlkolbens kann beispielsweise an dessen radialer Außenseite ausgebildet sein, wenn das Eingangsrad mit einer Innenverzahnung ausgebildet ist.

Der Stützring liegt vorteilhafter Weise an den freien Endbereichen der Arme an.

Weiter ist für die Kraftübertragung vorteilhaft, wenn der Stützring die Verzahnungen der Arme nicht überlappt.

Besonders vorteilhaft ist, den Stützring an den Armen mittels einer Schnappverbindung zu befestigen.

Für die Montagesicherheit ist der Stützring bevorzugt bezüglich einer Drehung um 180° um eine einen Durchmesser des Stützrings enthaltende Achse symmetrisch.

Weiter ist es für die Montage vorteilhaft, wenn der Stützring an seinen Stirnseiten mit einer Vorzentrierungsstufe ausgebildet ist, die auf die freien Enden der Arme des Fühlkolbens mit Spiel aufschiebbar ist.

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

In den Figuren stellen dar:

Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Kegelscheibenpaar;

Figur 2 eine Ansicht ähnlich der Figur 1 mit axial verschobenem Fühlkolben;

Figur 3 eine Detailschnittansicht des Stützrings zu Beginn des Aufschiebens auf die

Arme; und Figur 4 eine Detailschnittansicht ähnlich der Figur 3 bei auf die Arme aufgeschobenem

Stützring.

Gemäß Figur 1 weist ein Kegelscheibenpaar eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes eine Eingangswelle 10 auf, die einteilig mit einer Festscheibe 12 ausgebildet ist. Auf der Welle 10 ist axiai verschiebbar, jedoch drehfest mit der Welle verbunden eine Wegscheibe 14 angeordnet. Ein nicht dargestelltes Umschlingungsmittel läuft zwischen den Kegelflächen der Scheiben 12 und 14 sowie den Kegelflächen eines weiteren, nicht dargestellten Kegelscheibenpaars um.

An der Rückseite der Wegscheibe 14 ist in deren radial äußeren Bereich ein Zylinderring 16 mit zwei radial voneinander beabstandeten Wänden starr befestigt, in dem ein Kolben 18 arbeitet, so dass gemäß Figur 1 rechtsseitig des Kolbens 18 ein erster Druckraum 20 gebildet ist, der durch in der Wegscheibe 14 ausgebildete radiale Bohrungen 22, einen Ringraum 24 zwischen der Wegscheibe 14 und der Welle 10 und eine in der Welle 10 ausgebildete Radialbohrung 26 und Axialbohrung 28 mit Hydraulikdruck beaufschlagbar ist, der für eine übersetzungsverstellung veränderbar ist.

Der insgesamt ringförmige Kolben 18 ist starr mit einer insgesamt becherförmigen Stützringwand 30 verbunden, die wiederum starr mit der Welle 10 verbunden ist. Innenseitig ist an der Stützringwand 30 ein mit Formflächen 32 ausgebildetes ringförmiges Bauteil 34 starr befestigt.

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Weiter ist innerhalb der Stützringwand 30 ein insgesamt ringförmig ausgebildeter Fühlkolben 36 unter Abdichtung gegen die Umfangsfläche der Welle 10 und eine innere Umfangsfläche des ringförmigen Bauteils 34 axial verschiebbar angeordnet. Der Fühlkolben 36 ist mit einem zu der Wegscheibe 14 hin gerichteten Vorsprung ausgebildet, an dessen Rückseite Formflächen 38 ausgebildet sind, die Gegenflächen zu den Formflächen 32 bilden. Zwischen den Formflächen 32 und 38 sind Wälzkörper, im dargestellten Beispiel Kugeln 40, angeordnet.

Zwischen dem Fühlkolben 36 und der Wegscheibe 14 ist ein zweiter Druckraum 42 ausgebildet, der über eine durch die Welle führende Zuleitung 44 mit Hydraulikdruck beaufschlagbar ist, wobei das Hydraulikmittel über eine ebenfalls in der Welle 10 ausgebildete Ableitung 46 ableitbar ist.

Der wirksame Querschnitt der in den zweiten Druckraum führenden Zuleitungsöffnung 48 wird durch die axiale Stellung der Wegscheibe 14 bestimmt. Der freie Querschnitt der aus dem zweiten Druckraum herausführenden Ableitungsöffnung 50 wird durch die Stellung des Fühlkolbens 36 bestimmt. Der Fühlkolben 36 ragt mit in Umfangsrichtung vorzugsweise gleich beabstandeten axialen Armen 52 durch Aussparungen der Stützringwand 30 hindurch. Die radialen Außenflächen der Arme 52 sind mit axial und radial gerichteten Verzahnungen versehen, die in Eingriff mit einer Innenverzahnung eines Eingangsrades 54 sind, das auf einer Außenschale 56 eines insgesamt mit 58 bezeichneten Lagers axial im Wesentlichen unverschiebbar gelagert ist.

Der Aufbau und die Funktion des bisher beschriebenen Kegelscheibenpaares sind an sich bekannt und werden daher nur kurz erläutert:

Bei vom drehantreibbaren Eingangsrad 54 her auf den Fühlkolben 36 wirkenden Drehmoment wird dieses Drehmoment über die Formflächen 38, die Kugeln 40 und die Formflächen 32 auf die Stützringwand 30 und damit die Welle 10 übertragen. Die Formfläche sind derart gestaltet, dass der Fühlkolben 36 sich mit zunehmenden Drehmoment gemäß der Figur 1 nach rechts bewegt, so dass die Ableitungsöffnung 50, die in der in Fig. 1 dargestellten Grund- oder Ausgangsstellung des Kegelscheibenpaars vom Fühlkolben nicht vollständig überdeckt wird, zunehmend verschlossen wird. Figur 2 zeigt die Anordnung der Figur 1 bei sehr hohem Drehmoment, bei dem der Fühlerkolben weitest möglich nach rechts verschoben ist und die Ableitungsöffnung 50 vollständig überdeckt. Mit kleiner werdender wirksamer Größe der Ableitungsöffnung 50 nimmt der Druck im zweiten Druckraum 42 zu, so dass auf die Wegscheibe 14 ein vom Eingangsdrehmoment abhängiger Anpressdruck wirkt.

Erfindungsgemäß ist zur Abstützung der freien Enden der Arme 52 des Fühlkolbens ein Stützring 60 vorgesehen, der an den radialen Innenseiten der Endbereiche der Arme 52 anliegt und diese nach außen drängt, so dass die Außenverzahnungen der Arme in sicheren Eingriff mit der Innenverzahnung des Eingangsrades 54 gedrängt werden.

Die Arme 52 sind, wie dargestellt, vorteilhafter weise an einem mit dem Fühlkolben verschweißten Ringteil ausgebildet, von dem aus sie axial vorstehen. Auf diese Weise ist die Verschweißung der Arme bzw. des Ringteils von unmittelbar auf die Arme in Umfangsrichtung wirkenden Biegekräften entlastet.

Die Figuren 3 und 4 zeigen einen Ausschnitt des in den Figuren 1 und 2 eingekreisten Bereiches mit dem Stützring 60 und den freien Endbereichen 62 der Arme 52, wobei jeweils nur ein Arm der vorteilhaft mindestens drei Arme dargestellt ist.

In den Figuren 3 und 4 ist die Außenverzahnung 64 der Arme 52 sichtbar, die mit der nicht mit Bezugszeichen versehenen Innenverzahnung des Eingangsrades 54 in Eingriff ist. Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich, kann sich die Außenverzahnung 64 relativ zur Innenverzahnung axial verschieben, damit die axiale Verschiebbarkeit des Fühlkolbens gewährleistet ist.

Gemäß Figur 3 ist die Innenseite des Endbereiches 62 jedes Fingers 52 mit einer Ausnehmung 66 versehen, die stirnseitig in einer Nasenfläche 68 endet. Der Stützring 60 weist eine radial auswärts zeigende Außenfläche 70 auf, die der Ausnehmung 66 entsprechend, jedoch mit übermaß ausgebildet ist, und über eine Vorzentrierungsstufe 72 in die Stirnfläche des Stützrings übergeht.

Der Querschnitt des Stützrings 60 ist vorteilhafter Weise derart gestaltet, dass der Stützring bei einer Drehung um 180° um einen Durchmesser in sich übergeht, d.h. von beiden Seiten her in die in Umfangsrichtung beabstandeten Finger 52 eingeschoben werden kann. Der radiale Durchmesser der Vorzentrierungsstufe 72 des Stützrings 60 ist geringfügig kleiner, beispielsweise um etwa 0,05 mm kleiner, als der kleinste Durchmesser der Nasenfläche 68, so dass sich der Stützring 60 beim Aufschieben auf die stirnseitigen Enden der Arme 52 selbst zentriert. Beim weiteren Aufschieben des Stützrings 60 auf die Arme 52 werden deren Endbereiche 62 aufgeweitet, bis der Stützring 60 in die Ausnehmung 66 eingeschoben ist und die Endbereiche 62 zurückfedern, so dass die Nasenflächen 68 die Außenfläche 70 des Stützrings 60 hintergreifen und einschnappen. Das übermaß des größten Durchmessers der Au-

ßenfläche 70 des Stützrings 60 gegenüber dem größten Innendurchmesser der Ausnehmung 66 liegt beispielsweise in der Größenordnung von 0,15 mm.

Wie ersichtlich, befindet sich der Stützring 60 im in die Finger 52 eingesetzten Zustand vorzugsweise axial etwas außerhalb der Außenverzahnung 64, in deren Bereich die Finger 52 radial mit größerer Dicke ausgebildet sind als in ihren Endbereichen 62.

Für eine Stabilisierung der Finger 52 nicht nur in radialer Richtung sondern auch in Umfangs- richtung können die Außenfläche 70 und die Innenfläche der Ausnehmung 66 in axialer Richtung gerändelt sein.

Mit dem erfindungsgemäßen Stützring ist es möglich, Verzüge der Arme 52 in vorangegangenen Bearbeitungsschritten auf ein korrektes Maß zurückzudrücken, so dass ein sicherer Eingriff der Verzahnungen der Arme mit der des Eingangsrades gewährleistet ist.

Beim Verzahnen der Arme kann eine enge Toleranz relativ zu der späteren Fügefläche mit dem Stützring (Ausnehmung 66) eingehalten werden. Unabhängig von anschließend auftretenden Verzügen der Arme werden die verzahnten Arme durch den eingesetzten Stützring in ihre korrekte Position gedrückt.

Im beschriebenen Beispiel benötigt der Stützring keinen zusätzlichen Platz, da er innerhalb der verdünnten Endbereiche der Arme innerhalb eines zwischen dem Lager 58, den Armen 52 und einem Dichtungsträger ausgebildeten Ringraums angeordnet ist.

Die Befestigung des Stützrings über die geschilderte Schnappverbindung hat gegenüber mechanisch starren Verbindungen, wie z.B. Schweißen, den Vorteil, dass am fast fertigen Scheibenpaar kein Verschweißen oder Verlöten zwischen Stützring und den Armen möglich ist und aufgrund von Zwangsbewegungen zwischen dem Stützring und den Armen bei einer stoffschlüssigen Verbindung außerordentlich hohe Kräfte auftreten.

Die Schnappverbindung kann in unterschiedlichster Weise ausgebildet werden, beispielsweise kann am Stützring eine schmale Schnappnase ausgebildet werden, wobei eine radiale Auflage links und rechts der Nase gegeben ist. Alternativ kann am Ring eine breite Schnappnase ausgebildet werden, wobei die radiale Auflage unmittelbar auf der Nase erfolgt, wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt, und das Einschnappen beidseitig der Nase erfolgt.

Zur Vermeidung von Spanbildung werden vorteilhaft alle Kanten verrundet werden.

Bei der Montage des Stützrings ist es vorteilhaft, während der Montage eine Kraft-Weg-Kurve beim Einschieben des Rings in die Finger zu überwachen, damit eine einwandfreie Schnappverbindung gewährleistet ist.

Zur Optimierung der Schnappgeometrie kann es vorteilhaft sein, von der symmetrischen Ausbildung des Stützrings, bei der eine Montage von beiden Seiten her möglich ist, abzuweichen.

Die mit dem Fühlkolben starr verbundenen Arme werden vorteilhafter Weise einsatzgehärtet oder carbonitriert. Der Stützring besteht vorteilhafter Weise aus Stahl, einem Vergütungsstahl, beispielsweise ETG100 mit Rm « 1000 MPa ohne weitere Wärmebehandlung, Einsatzstahl, gehärtet oder carbonitriert.

Es ist vorteilhaft, bereits bei zur Vermessung des weich bearbeiteten mit den verzahnten Armen ausgebildeten Bauteils den Stützring einzusetzen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, den Stützring bereits beim Wärmebehandlungsprozess zur Verzugsverringerung einzusetzen.

Im geschilderten Ausführungsbeispiel sind die Arme 52 außen verzahnt, so dass der Stützring 60 innerhalb der Arme angeordnet ist. Alternativ können die Arme innen verzahnt sein und mit einer Außenverzahnung des Eingangsrades zusammenwirken. Der Stützring ist dann radial außerhalb der Arme angeordnet und drängt diese einwärts in Verzahnungseingriff mit dem Eingangsrad.

Bezuqszeichenliste

Eingangswelle

Festscheibe

Wegscheibe

Zylinderring

Kolben erster Druckraum

Bohrung

Ringraum

Radiaibohrung

Axialbohrung

Stützringwand

Formfläche ringförmiges Bauteil

Fühlkolben

Formfläche

Kugel zweiter Druckraum

Zuleitung

Ableitung

Zuleitungsöffnung

Ableitungsöffnung

Arm

Eingangsrad

Außenschale

Lager

Stützring

Endbereich

Außenverzahnung

Ausnehmung

Nasenfläche

Außenfläche

Vorzentrierungsstufe