DE10010741A1 - Stufenlos verstellbares Getriebe - Google Patents

Abstract

Ein stufenlos verstellbares Getriebe, das insbesondere für ein Kraftfahrzeug vorgesehen ist, ist mit einem Antriebsrad (2), mindestens einem Abtriebsrad (3) und einem die Triebräder (2, 3) verbindenen endlosen Übertragungsmittel (4) versehen, wobei mindestens eines der Triebräder (2, 3) ein flexibles Verbindungsmittel (12, 29) aufweist, das zur formschlüssigen Übertragung eines Drehmomentes zwischen dem Triebrad (2, 3) und dem Übertragungsmittel (4) vorgesehen ist und zur Verstellung des Übersetzungsverhältnisses in einem Wälzkreis mit veränderbarem Durchmesser auf dem Triebrad (2, 3) anordenbar ist. Das Triebrad (2 bzw. 3) weist zwei Kegelscheiben (8, 10 bzw. 25, 27) mit einander zugewandten Kegelflächen (9, 11 bzw. 26, 28) und mit verstellbarem axialen Abstand (43 bzw. 48) auf. Die Kegelscheiben (8, 10 bzw. 25, 27) sind drehfest mit einer drehmomentführenden Nabe (6 bzw. 23) des Triebrades (82 bzw. 3) verbunden. Das Verbindungsmittel (12 bzw. 29) steht formschlüssig mit der Nabe (6 bzw. 23) in Verbindung und ist zwischen den Kegelflächen (9, 11 bzw. 26, 28) der Kegelscheiben (8, 10 bzw. 25, 27) geführt angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein stufenlos verstellbares Getriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Antriebsrad, mindestens einem Abtriebsrad und einem die Triebräder verbindenden endlosen Übertragungsmittel, wobei mindestens eines der Triebräder ein flexibles Verbindungsmittel aufweist, das zur formschlüssigen Übertragung eines Drehmomentes zwischen dem Triebrad und dem Übertragungsmittel vorgesehen ist und zur Verstellung des Übersetzungsverhältnisses in einem Wälzkreis mit veränderbarem Durchmesser auf dem Triebrad anordenbar ist.

Stufenlos verstellbare Getriebe sind seit längerem in unterschiedlichsten Bauformen bekannt, wobei eine Unterscheidung nach der Art der Kraftübertragung möglich ist.

Bei stufenlos verstellbaren Getrieben mit reibschlüssiger Kraftübertragung, wie z. B. Wälzgetrieben und Umschlingungsgetrieben, sind zumeist hohe Anpresskräfte erforderlich, um die auftretenden Drehmomente durch Reibung sicher, d. h. schlupffrei, übertragen zu können. Hohe Anpresskräfte führen jedoch zu hohen, den Wirkungsgrad des Getriebes verschlechternden Reibungsverlusten, die im wesentlichen durch das Abwälzen der kraftübertragenden Bauteile aufeinander und durch die auftretenden hohen Lagerkräfte entstehen. Eine Reduzierung der Anpresskräfte und damit eine Verbesserung des Wirkungsgrades eines derartigen Getriebes ist prinzipiell durch eine Vergrößerung des Bauvolumens möglich. Dabei wird der wirksame Wälzkreisdurchmesser, auf dem zur Übertragung eines Drehmomentes beispielsweise ein erstes Wälzrad auf einem zweiten Wälzrad abgerollt wird oder ein Treibriemen zwischen zwei Kegelscheiben geführt wird, durch eine entsprechende Dimensionierung der Bauteile vergrößert, so dass bei der Übertragung eines bestimmten Drehmomentes aufgrund einer geringeren übertragenen Tangentialkraft auch geringere Anpresskräfte erforderlich sind. Dem Vorteil des besseren Wirkungsgrades steht jedoch der Nachteil des größeren Bauvolumens gegenüber.

Es sind daher zahlreiche Vorschläge für stufenlos verstellbare Getriebe mit formschlüssiger Kraftübertragung entwickelt worden. Beispielsweise sind Getriebe bekannt, bei denen eine Laschenkette als Übertragungsmittel dient und für einen Umlauf auf einem Antriebs- und einem Abtriebsrad mit jeweils radial verstellbaren Kettenradsegmenten vorgesehen ist. Während die Kettenradsegmente bei dem kleinsten einstellbaren Durchmesser ein geschlossenes Kettenrad mit einem kreisförmigen Wälzkreis bilden, ergeben sich mit größer eingestellten Durchmessern zunehmende Lücken zwischen den Kettenradsegmenten. Demzufolge wird die Kette in den Lücken nicht in einem Kreisbogen sondern im wesentlichen gerade geführt. Da die Krafteinleitung in bzw. von der Kette aber jeweils über die Kettenradsegmente, d. h. an wenigen diskreten Stellen, erfolgt, ergibt sich durch das jeweilige Ineingriffkommen eines Kettenradsegmentes mit der Kette auf der Lastseite und durch das Außereingriffkommen auf der Losseite ein komfortmindernder unrunder Lauf und eine hohe dynamische Belastung der beteiligten Bauteile. Im übrigen gibt es Schwierigkeiten bei eingestellten Durchmessern der Kettenradsegmente, bei denen die Kette mit dem jeweiligen Kettenradsegment aufgrund eines längenbedingten Versatzes der Kettenglieder zu den Zähnen der Kettenradsegmente nicht automatisch in Eingriff bringbar ist. Es kommt dann zu einer Überbrückung dieses Versatzes, der sich in einer ruckartigen Störung der Kraftübertragung, einer kurzzeitigen Verzögerung oder Beschleunigung, äußert.

In der DE 199 18 760.6 wird ein stufenlos schaltbares Getriebe mit einer äußeren Laschenkette als Übertragungsmittel beschrieben, bei dem anstelle von Kettenradsegmenten Planetenkettenräder vorgesehen sind. Die Planetenkettenräder sind um Achsen drehbar gelagert, die in zwei drehmomentübertragenden Führungsscheiben radial verschiebbar geführt sind. Eine feststehende Nabe weist einen axial verschiebbaren Kegelstumpf auf, auf dem eine innere Laschenkette als Abstützmittel geführt ist. Die Planetenkettenräder befinden sich in Eingriff mit der inneren Laschenkette, wobei deren wirksamer Wälzkreisdurchmesser durch eine axiale Verschiebung des Kegelstumpfes verstellbar ist. Ein Drehmoment wird in diesem Fall dadurch übertragen, dass die Planetenkettenräder, deren Achsen bzw. Führungsscheiben drehmomentführend sind, mit Hilfe der inneren Laschenkette auf dem drehfest gelagerten Kegelstumpf verstellbaren wirksamen Wälzkreisdurchmessers abrollen und die entsprechende Drehbewegung auf die äußere Laschenkette übertragen, die zwischen den Planetenkettenrädern als Polygonzug geführt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform des Getriebes befindet sich nur jedes zweite Planetenkettenrad mit der inneren Laschenkette in Eingriff und ist somit kraftübertragend. Die anderen Planetenkettenräder werden als eine Art Kettenspanner verwendet und dienen zum Ausgleich einer Abweichung der Länge der äußeren Laschenkette im Vergleich zur idealen Kreisform. Da die Planetenkettenräder frei drehbar um ihre Achsen gelagert sind, gibt es keine Schwierigkeiten beim Eingriff in die äußere Laschenkette. Wegen der wenigen kraftübertragenden Planetenkettenräder ergibt sich jedoch ein relativ unrunder Lauf. Des weiteren ist der komplizierte, viele bewegliche Teile umfassende und ein relativ großes Bauvolumen erfordernde Aufbau des Getriebes von Nachteil.

Schließlich ist aus der DE 21 62 074 ein Schaltgetriebe mit stufenlos verstellbarem Übersetzungsverhältnis bekannt, bei dem ein Zahnriemen, eine Zahnkette oder ein Zahnrad als Übertragungsmittel nutzbar ist. In einer ersten Version weist das Schaltgetriebe eine drehmomentführende zylindrische Nabe mit einer endlosen inneren Laschenkette als Verbindungsmittel auf. Auf der Nabe sind mehrere Schichten von axial verschiebbaren Segmenten angeordnet, die zur Verkleinerung des wirksamen Wälzkreisdurchmessers unter der inneren Laschenkette axial herausschiebbar bzw. zur Vergrößerung derselben hereinschiebbar sind. Dabei korrespondiert die Dicke der Segmente mit der Teilung des Übertragungsmittels und der inneren Laschenkette, um bei deren Eingriff einen Versatz zu vermeiden. Zur Anpassung der inneren Laschenkette an einen geänderten Wälzkreisdurchmesser ist ein Teil der Laschenkette bei einer Verkleinerung des Durchmessers in einen Hohlraum der Nabe hineintransportierbar und bei einer Vergrößerung des Durchmessers heraustransportierbar. Im Unterschied zu der ersten Version weist das Schaltgetriebe in einer zweiten Version eine zylindrische Nabe auf, die in radial verschiebbare Segmente unterteilt ist. Die Segmente sind durch Steuerscheiben axial veränderbaren Abstandes, die über axial verschiebbare Dreieckspeichen oder über schwenkbar gelagerte Streben mit den Segmenten in Verbindung stehen, in ihrem wirksamen Durchmesser verstellbar, d. h. in Verbindung mit der die Segmente umfassenden inneren Laschenkette ist der wirksame Wälzkreisdurchmesser entsprechend veränderbar. Während durch die erste Version ein im wesentlichen zylindrischer Wälzkreis gewährleistet ist, weist die zweite Version den Nachteil eines wechselweise als Kreissegment und als Polygonzug ausgebildeten Wälzkreises auf Beiden Versionen gemeinsam ist der erhebliche Aufwand an insbesondere beweglichen Bauteilen, die eine schwierige Steuerung und eine hohe Verschleißanfälligkeit erwarten lassen.

Es ergibt sich daher das Problem, ein stufenlos verstellbares Getriebe mit formschlüssiger Kraftübertragung vorzusehen, das bei einer möglichst gleichmäßig verteilten Krafteinleitung in das Übertragungsmittel und einem runden Lauf einen möglichst einfachen und platzsparenden Aufbau aufweist.

Das Problem wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass das Triebrad zwei Kegelscheiben mit einander zugewandten Kegelflächen und mit verstellbarem axialen Abstand aufweist, dass die Kegelscheiben drehfest mit einer drehmomentführenden Nabe des Triebrades verbunden sind, und dass das Verbindungsmittel formschlüssig mit der Nabe in Verbindung steht und zwischen den Kegelflächen der Kegelscheiben geführt angeordnet ist.

Dadurch, dass das Verbindungsmittel, mit dem sich das Übertragungsmittel zur Übertragung eines Drehmomentes formschlüssig in Eingriff befindet, einerseits formschlüssig mit der drehmomentführenden Nabe in Verbindung steht und andererseits zwischen den Kegelflächen der mit der Nabe drehfest verbundenen Kegelscheiben geführt angeordnet ist, erfolgt die Übertragung des Drehmomentes von der Nabe auf das Verbindungsmittel sowohl formschlüssig als auch kraftschlüssig. Die für die kraftschlüssige Drehmomentübertragung durch Reibkräfte erforderliche axiale Anpresskraft ergibt sich selbsttätig durch die im Übertragungsmittel wirksame Zugkraft, durch die das Verbindungsmittel aufgrund der Umschlingung durch das Übertragungsmittel radial nach innen und die Kegelscheiben wegen ihrer mit dem Verbindungsmittel in Kontakt befindlichen Kegelflächen axial nach außen gedrückt werden. Damit die Kegelscheiben nicht ungewollt axial verstellt werden, wirken entsprechend entgegengesetzte axiale Haltekräfte auf die Kegelscheiben. Eine Verstellung des Übersetzungsverhältnisses ergibt sich durch eine Verstellung des axialen Abstandes der Kegelscheiben, da das Übertragungsmittel zusammen mit dem Verbindungsmittel bei einer Verkleinerung des axialen Abstandes radial nach außen gedrückt und bei einer Vergrößerung nach innen gezogen wird, und sich der wirksame Wälzkreisdurchmesser entsprechend ändert. Durch eine Vergrößerung des wirksamen Wälzkreisdurchmessers an dem Antriebsrad wird das Übersetzungsverhältnis erhöht und durch eine Verkleinerung verringert. Bei einer Veränderung des Wälzkreisdurchmessers an dem Abtriebsrad ist es entsprechend umgekehrt, so dass die Verstellung an dem Antriebsrad und an dem Abtriebsrad zweckmäßig in gleicher Größenordnung entgegengesetzt erfolgt, wodurch einerseits die Wirkung verstärkt wird und andererseits aufgrund einer weitgehend konstanten Länge der Gesamtumschlingung keine Überlänge des Übertragungsmittels auftritt, die z. B. durch eine Spannvorrichtung ausgeglichen werden müsste.

Die vorliegende erfindungsgemäße Anordnung eines stufenlos verstellbaren Getriebes zeichnet sich durch einen relativ einfachen und kompakten Aufbau aus. Da das Verbindungsmittel unmittelbar zwischen zwei Kegelscheiben geführt wird, erfolgt eine Verstellung des wirksamen Wälzkreisdurchmessers des Übertragungsmittels nur durch eine Veränderung des axialen Abstandes der Kegelscheiben. Weitere Bauteile, wie z. B. Planetenräder, Verstellkegel, Nabensegmente sowie deren Steuerungs- und Lagerungselemente, sind nicht erforderlich, so dass die Anzahl der Bauteile, insbesondere der beweglichen, gering ist.

Das Verbindungsmittel kann eine endliche Länge aufweisen, wobei vorteilhaft das eine Ende des Verbindungsmittels formschlüssig mit dem Triebrad verbunden ist, während das andere Ende beweglich in einem Hohlraum der Nabe gelagert ist. Gegenüber einem endlosen, d. h. geschlossenen, Verbindungsmittel ist die formschlüssige Befestigung mit der Nabe bzw. dem Triebrad und der Transport und die Lagerung des momentan nicht benötigten Teiles bei einem endlichen, d. h. offenen, Verbindungsmittel einfacher zu bewerkstelligen. Auf komplizierte und störungsanfällige Führungs-, Arretierungs- und Transportvorrichtungen kann dadurch verzichtet werden.

Die formschlüssige Verbindung des Verbindungsmittels mit dem Triebrad an dem einen Ende erfolgt vorteilhaft über Führungssegmente, die in Führungsbahnen der Kegelscheiben radial verschiebbar gelagert sind, wodurch eine spannungsfreie Anpassung des einen Endes des Verbindungsmittels an den jeweils eingestellten Wälzkreisdurchmesser möglich ist.

Zur selbsttätigen Speicherung eines für die Kraftübertragung nicht benötigten Teiles des Verbindungsmittels in der Nabe kann das andere Ende des Verbindungsmittels mit einem durch ein Herausziehen des Verbindungsmittels spannbaren Federelement in Verbindung stehen. Demnach wird das Federelement bei einer Vergrößerung des wirksamen Wälzkreisdurchmessers durch ein Herausziehen des Verbindungsmittels gespannt und bei einer Verkleinerung des wirksamen Wälzkreisdurchmessers durch ein Hereinziehen des Verbindungsmittels entspannt. Die Anpassung der für den momentan eingestellten Wälzkreisdurchmesser erforderlichen Länge des Verbindungsmittels erfolgt somit völlig selbsttätig, d. h. ohne Hilfsenergie und ohne eine Steuerung von außen.

Alternativ kann das Verbindungselement zur selbsttätigen Speicherung eines für die Kraftübertragung nicht benötigten Teiles in der Nabe jedoch auch im Bereich des anderen Endes mit einem Transportrad in Eingriff steht, das mit einem durch ein Herausziehen des Verbindungsmittels spannbaren Federelement in Verbindung steht. Als Federelement ist eine Spiralfeder oder ein aus Uhren bekanntes Federwerk denkbar. Die Wirkungsweise ist die gleiche wie zuvor beschrieben. Wichtig ist dabei der permanente Eingriff des Transportrades mit dem Verbindungsmittel, der durch einen an der Achse des Transportrades befestigten und das Verbindungsmittel umfassenden Sicherungsbügel gewährleistet werden kann.

Zur Führung des Verbindungsmittels zwischen den Kegelflächen der Kegelscheiben weist das Verbindungsmittel vorteilhaft seitliche Endstücke mit Wirkflächen auf, die einen mit den Kegelflächen korrespondierenden Schrägungswinkel und ein verschleißfestes Material aufweisen. Somit sind möglichst große Kontaktflächen zwischen dem Verbindungsmittel und den Kegelflächen der Kegelscheiben gegeben, wodurch sich in Verbindung mit dem verschleißfesten Material ein relativ verschleißarmer Betrieb ergibt. Große Relativbewegungen zwischen den Endstücken des Verbindungsmittels und den Kegelflächen der Kegelscheiben treten nur während der Verstellung des jeweils wirksamen Wälzkreisdurchmessers auf, d. h. während der Verstellung des Übersetzungsverhältnisses. Ansonsten ist die Verbindung zwischen dem Verbindungsmittel und den Kegelscheiben weitgehend starr und somit verschleißarm.

Zur Führung des Verbindungsmittels aus dem bzw. in den Hohlraum der Nabe weisen die Kegelscheiben im Bereich der Kegelflächen radiale Führungsnuten auf, die eine einem Winkelsektor entsprechende Form aufweisen können. Damit erstreckt sich die aufgrund der Führungsnuten zwangsläufig vorhandene Unterbrechung der Kraftübertragung unabhängig von dem eingestellten Übersetzungsverhältnis über einen konstanten Winkelbereich.

Alternativ können die Führungsnuten jedoch auch eine in Umfangsrichtung konstante Breite aufweisen, wobei die Breite der Führungsnuten vorteilhaft nach einem ganzzahligen Vielfachen der Teilung (Modul) des Verbindungsmittels bemessen ist. Somit ergibt sich bei der Überbrückung der Führungsnuten durch das Übertragungsmittel unabhängig von dem eingestellten Übersetzungsverhältnis ein problemloser Wiedereingriff, d. h. ein Versatz des Übertragungsmittels zu dem Verbindungsmittel wird vermieden.

Als Verbindungsmittel kommt eine Laschenkette und als Übertragungsmittel eine Zahnkette mit korrespondierender Form und gleicher Teilung (Modul) in Frage, wobei die beiden Ketten vorteilhaft derart ausgebildet sind, dass deren Bolzenachsen beim Umlauf um die Triebräder jeweils auf einem gemeinsamen Wälzkreis zu liegen kommen. Würden die Bolzenachsen der äußeren Zahnkette dabei radial weiter außen zu liegen kommen als die Bolzenachsen der inneren Laschenkette, müsste die Teilung der äußeren Zahnkette entsprechend größer sein. Es würde sich dann eine ungünstige außermittige Kraftübertragung von der Laschenkette auf die Zahnkette ergeben, und der wirksame Wälzkreisdurchmesser würde sich zwischen den kreisförmigen Verbindungslinien der inneren und äußeren Bolzenachsen einstellen.

Es sind jedoch auch eine Stufenzahnkette als Verbindungsmittel und ein Zahnriemen mit einer korrespondierenden Form und mit gleicher Teilung (Modul) als Übertragungsmittel denkbar.

Während ein Kettentrieb eine höhere Standzeit aufweist, ist mit einem Zahnriementrieb eine größere Laufruhe und eine geringere Geräuschentwicklung erreichbar.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Ein stufenlos verstellbares Getriebe in einem vertikalen Längsschnitt, und

Fig. 2: dasselbe Getriebe in einem im wesentlichen horizontalen Längsschnitt,

Fig. 3a: eine Abwicklung einer mit einer Laschenkette in Eingriff befindlichen Zahnkette in einer Draufsicht,

Fig. 3b: dieselbe Anordnung in einem Längsschnitt, und

Fig. 3c: dieselbe Anordnung in einem Querschnitt, sowie

Tabelle 1: mögliche Übersetzungsstufen eines stufenlos verstellbaren Getriebes.

In den Fig. 1 und 2 ist ein erfindungsgemäßes stufenlos verstellbares Getriebe 1 in verschiedenen Ansichten dargestellt, in der Fig. 1 in einem vertikalen Längsschnitt I-I nach Fig. 2 und in Fig. 2 in einem im wesentlichen horizontalen Längsschnitt II-II nach Fig. 1.

Das Getriebe 1 ist als Umschlingungsgetriebe mit formschlüssiger Kraftübertragung ausgebildet und umfasst ein Antriebsrad 2 und ein Abtriebsrad 3, die über ein Übertragungsmittel 4 miteinander in Verbindung stehen. Das Übertragungsmittel ist als Zahnkette 5 ausgebildet.

Das Antriebsrad 2 besteht aus einer Antriebsnabe 6, die drehfest und axial verschiebbar auf einer Antriebswelle 7 gelagert ist und eine erste Kegelscheibe 8 mit einer ersten Kegelfläche 9 aufweist. Auf der Antriebsnabe 6 ist eine zweite Kegelscheibe 10 mit einer zweiten Kegelfläche 11 drehfest und axial verschiebbar gelagert. Zwischen den Kegelscheiben 8, 10 ist ein Verbindungsmittel 12 endlicher Länge angeordnet, das als Laschenkette 13 ausgebildet ist und zur Übertragung eines Drehmomentes von der Antriebsnabe 6 auf die Zahnkette 5 vorgesehen ist. Hierzu ist die Laschenkette 13 an ihrem einen Ende 14 formschlüssig mit den Kegelscheiben 8, 10 verbunden, was im vorliegenden Fall durch Führungssegmente 15 bewerkstelligt wird, die in radialen Führungsbahnen 16 der Kegelscheiben 8, 10 radial verschiebbar, jedoch in Umfangsrichtung fest gelagert sind. An seinem anderen Ende 17 befindet sich die Laschenkette 13 in einem Hohlraum 18 der Antriebsnabe 6 und steht mit dieser über ein Federelement 19 in Verbindung. Zur Führung des anderen Endes 17 der Laschenkette 13 in den bzw. aus dem Hohlraum 18 weisen die Antriebsnabe 6 eine Öffnung 20 und die Kegelscheiben 8, 10 an ihren Kegelflächen 9, 11 radiale Führungsnuten 21 auf, die bei dem Antriebsrad 2 beispielhaft eine konstante Breite 22 aufweisen.

In gleicher Weise besteht das Abtriebsrad 3 aus einer Abtriebsnabe 23, die drehfest und axial verschiebbar auf einer Abtriebswelle 24 gelagert ist und eine erste Kegelscheibe 25 mit einer ersten Kegelfläche 26 aufweist. Auf der Abtriebsnabe 23 ist eine zweite Kegelscheibe 27 mit einer zweiten Kegelfläche 28 drehfest und axial verschiebbar gelagert. Zwischen den Kegelscheiben 25, 27 ist ebenfalls ein Verbindungsmittel 29 endlicher Länge angeordnet, das als Laschenkette 30 ausgebildet ist und zur Übertragung eines Drehmomentes von der Zahnkette 5 auf die Abtriebsnabe 23 vorgesehen ist. Wie schon bei dem Antriebsrad 2 ist auch hier die Laschenkette 30 an ihrem einen Ende 31 formschlüssig mit den Kegelscheiben 25, 27 verbunden, und zwar mittels Führungssegmenten 32, die in radialen Führungsbahnen 33 der Kegelscheiben 25, 27 radial verschiebbar gelagert sind. An seinem anderen Ende 34 befindet sich die Laschenkette 30 in einem Hohlraum 35 der Abtriebsnabe 23 und steht mit dieser über ein Federelement 36 in Verbindung. Zur Führung des anderen Endes 34 der Laschenkette 30 in den bzw. aus dem Hohlraum 35 weisen die Abtriebsnabe 23 eine Öffnung 37 und die Kegelscheiben 25, 27 an ihren Kegelflächen 26, 27 radiale Führungsnuten 38 auf, die bei dem Abtriebsrad 3 beispielhaft in Form eines Winkelsektors 39 ausgebildet sind.

Zur Übertragung eines Drehmomentes von der Antriebswelle 7 auf die Abtriebswelle 24 wird das an der Antriebsnabe 6 anstehende Drehmoment zunächst über die Kegelscheiben 8, 10 teils form-teils kraftschlüssig auf die Laschenkette 13 und von dort formschlüssig weiter auf die Zahnkette 5 übertragen. Die Laschenkette 13 weist hierzu seitliche Endstücke 40 mit Wirkflächen 41 auf, die einen mit den Kegelflächen 9, 11 der Kegelscheiben 8, 10 korrespondierenden Schrägungswinkel 42 und ein verschleißfestes Material aufweisen. Durch eine Veränderung des axialen Abstandes 43 der Kegelscheiben 8, 10 wird die Laschenkette 13 bei einer Verringerung radial nach außen gedrückt und bei einer Vergrößerung radial nach innen gezogen. Hierdurch wird der wirksame Wälzkreisdurchmesser 44, auf dem die Zahnkette 5 abgewälzt wird, und damit das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 1 entsprechend verändert. Eine Anpassung der Länge der Laschenkette 13 an den aktuellen Wälzkreisdurchmesser 44 erfolgt dabei selbsttätig. Bei einer Vergrößerung des Wälzkreisdurchmessers 44 erfolgt ein Herausziehen von zusätzlichen Gliedern der Laschenkette 13 aus dem Hohlraum 18 aufgrund des radial nach außen gedrückten Verbindungsmittels 12, was auch zu einem Spannen des Federelementes 19 führt. Bei einer Verkleinerung des Wälzkreisdurchmessers 44 werden überzählige Glieder der Laschenkette 13 mittels des gespannten Federelementes 19 in den Hohlraum 18 hineingezogen, wodurch das Federelement entspannt wird.

Die Übertragung des Drehmomentes an dem Abtriebsrad 3 von der Zahnkette 5 über die Laschenkette 30 auf die Abtriebsnabe 23 erfolgt prinzipiell in gleicher Weise. Die Laschenkette 30 weist wiederum seitliche Endstücke 45 mit Wirkflächen 46 auf, die einen mit den Kegelflächen 26, 28 der Kegelscheiben 25, 27 korrespondierenden Schrägungswinkel 47 und ein verschleißfestes Material aufweisen. Durch eine Veränderung des axialen Abstandes 48 der Kegelscheiben 25, 27 ist der wirksame Wälzkreisdurchmesser 49 des Abtriebsrades 3 in gleicher Weise verstellbar wie für das Antriebsrad 2 zuvor beschrieben. Das wirksame Übersetzungsverhältnis ergibt sich als Verhältnis der Wälzkreisdurchmesser 44, 49 des Antriebsrades 2 und des Abtriebsrades 3. Zweckmäßig erfolgt die Verstellung an dem Antriebsrad 2 und an dem Abtriebsrad 3 in gleichem Umfang entgegengesetzt, da die Wirkung dadurch verstärkt wird, und aufgrund einer weitgehend konstanten Länge der Gesamtumschlingung dauerhaft keine Überlänge des Übertragungsmittels 4 auftritt. Die Verstellung des wirksamen Wälzkreisdurchmessers 44, 49 der Triebräder 2, 3 kann jeweils nur in der Phase erfolgen, in der sich das Verbindungsmittel 12, 29, wie in Fig. 1 dargestellt, im Bereich des freien anderen Endes 17, 34, d. h. an der Öffnung 20, 37 der Nabe 6, 23 bzw. den radialen Führungsnuten 21, 38, nicht in Eingriff mit dem Übertragungsmittel 4 befindet, da nur dann ein Transport des Verbindungsmittels 12, 29 aus dem bzw. in den Hohlraum 18, 35 der Nabe 6, 23 möglich ist. Da diese Konstellation im allgemeinen nicht an beiden Triebrädern gleichzeitig auftritt, erfolgt eine Verstellung des Übersetzungsverhältnisses zweckmäßig in zwei Stufen, zunächst an dem Rad, an dem der wirksame Wälzkreisdurchmesser verkleinert wird, und dann an dem Rad, an dem er vergrößert wird, d. h. bei einer Vergrößerung des Übersetzungsverhältnisses zuerst an dem Abtriebsrad 3 und bei einer Verkleinerung zuerst an dem Antriebsrad 2. Eine dabei auftretende vorübergehende Überlänge des Übertragungsmittels 4 kann durch eine Spannrolle 50 ausgeglichen werden, die zweckmäßig auf der Losseite 51 (Lostrum) angeordnet ist. Die Verbindungsmittel 12, 29 bzw. Laschenketten 13, 30 sind auf den Triebrädern 2, 3 jeweils derart angeordnet, dass deren Belastung bei der Kraftübertragung jeweils auf Zug erfolgt.

Demzufolge verläuft die Laschenkette 13 auf dem Antriebsrad 2 von dem festgelegten einen Ende 14 aus betrachtet entgegen der Drehrichtung 52 des Antriebsrades 2 und der Umlaufrichtung 53 des Übertragungsmittels 4, wogegen die Laschenkette 30 auf dem Abtriebsrad 3 von dem festgelegten Ende 31 aus betrachtet in der Drehrichtung 54 des Abtriebsrades 3 und der Umlaufrichtung 53 des Übertragungsmittels 4 angeordnet ist.

Das vorliegende stufenlos verstellbare Getriebe 1 weist einen relativ einfachen und kompakten Aufbau auf. Durch die unmittelbare Führung des Verbindungsmittels 12 bzw. 29 zwischen den Kegelscheiben 8, 10 bzw. 25, 27 erfolgt eine Verstellung des wirksamen Wälzkreisdurchmessers 44, 49 des Übertragungsmittels 4 nur durch eine Veränderung des axialen Abstandes der Kegelscheiben 8, 10 bzw. 25, 27. Weitere Bauteile, wie z. B. Planetenräder, Verstellkegel, Nabensegmente sowie deren Steuerungs- und Lagerungselemente, sind nicht erforderlich, so dass die Anzahl der Bauteile, insbesondere der beweglichen, relativ gering ist.

Das vorliegende erfindungsgemäße Getriebe 1 ist, wie auch das aus der DE 21 62 074 bekannte Schaltgetriebe, nicht wirklich stufenlos verstellbar, sondern in vielen kleinen Stufen verstellbar. Zur Vermeidung von Versatzproblemen zwischen dem inneren Verbindungsmittel 12, 29 und dem äußeren Übertragungsmittel 4 bei der Überbrückung der Lücke an der Öffnung 20, 37 der Nabe 6, 23 bzw. den radialen Führungsnuten 21, 38 wird der axiale Abstand 43 bzw. 48 der Kegelscheiben 8, 10 bzw. 25, 27 jeweils derart eingestellt, dass sich ein Wälzkreisdurchmesser 44, 49 ergibt, der ein ganzzahliges Vielfaches der Teilung (Modul) des Verbindungsmittels 12, 29 und des Übertragungsmittels 4 ausmacht. In Tabelle 1 sind beispielhaft die möglichen Übersetzungsstufen angegeben, die sich bei einem Getriebe 1 ergeben, bei dem sowohl an dem Antriebsrad 2 als auch an dem Abtriebsrad 3 ein minimaler Wälzkreisdurchmesser 44, 49 mit einem Umfang von 24 Kettengliedern und ein maximaler Wälzkreisdurchmesser 44, 49 mit einem Umfang von 48 Kettengliedern einstellbar ist. Es ergeben sich somit 49 mögliche Übersetzungsstufen. Durch eine Vergrößerung der Außendurchmesser der Kegelscheiben 8, 10 bzw. 25, 27 und/oder durch eine Verwendung von feingliedrigeren Ketten 5 und 13, 30 sind entsprechend mehr Übersetzungsstufen realisierbar.

Schließlich zeigen die Fig. 3a bis 3c eine Abwicklung einer mit einer Laschenkette 13, 30 in Eingriff befindlichen Zahnkette 5, die als Verbindungsmittel 12, 29 bzw. als Übertragungsmittel 4 in dem erfindungsgemäßen Getriebe 1 verwendet werden können, Fig. 3a in einer Draufsicht, Fig. 3b in einem Längsschnitt B-B nach Fig. 3a, und Fig. 3c in einem Querschnitt C-C nach Fig. 3a.

Die Laschenkette 13 bzw. 30 weist innere Laschen 55a und äußere Laschen 55b auf, die über Bolzen 56 mit zugeordneten Bolzenachsen 57 miteinander in Verbindung stehen. An den äußeren Laschen 55b befinden sich seitliche Endstücke 40 bzw. 45, die aus einem verschleißfesten Material bestehen und Wirkflächen 41 bzw. 46 mit einem Schrägungswinkel 42 bzw. 47 aufweisen, der mit den Kegelflächen 9, 11 bzw. 26, 28 der Kegelscheiben 8, 10 bzw. 25, 27 korrespondiert. Die Zahnkette 5 ist doppelreihig aufgebaut und weist wechselweise zwei linke Laschen 58a und zwei rechte Laschen 58b auf, die über Bolzen 59 mit zugeordneten Bolzenachsen 60 miteinander in Verbindung stehen. Die Form der Laschen 58a, 58b ist dabei derart bogenförmig ausgebildet, dass die Bolzenachsen 60 der Zahnkette 5 bei dem dargestellten Eingriff in die Laschenkette 13 bzw. 30 mit deren Bolzenachsen 57 in der dargestellten Abwicklung auf einer gemeinsamen Wälzlinie 61 bzw. in der Umschlingung auf dem betreffenden Triebrad 2 bzw. 3 auf einem gemeinsamen Wälzkreis liegen. Dies bedingt die Verwendung einer gemeinsamen Teilung (Modul) 62 für die inneren Laschenketten 13, 30 und die äußere Zahnkette 5. Im übrigen ist hierdurch eine optimale zentrale Kraftübertragung zwischen den jeweiligen Ketten 13, 5 bzw. 5, 30 gegeben.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

(stufenlos verstellbares) Getriebe

2

Antriebsrad, Triebrad

3

Abtriebsrad, Triebrad

4

Übertragungsmittel

5

Zahnkette

6

Antriebsnabe

7

Antriebswelle

8

(erste) Kegelscheibe

9

(erste) Kegelfläche

10

(zweite) Kegelscheibe

11

(zweite) Kegelfläche

12

Verbindungsmittel

13

Laschenkette

14

eines Ende

15

Führungssegment

16

radiale Führungsbahn

17

anderes Ende

18

Hohlraum

19

Federelement

20

Öffnung

21

radiale Führungsnut

22

(konstante) Breite

23

Abtriebsnabe

24

Abtriebswelle

25

(erste) Kegelscheibe

26

(erste) Kegelfläche

27

(zweite) Kegelscheibe

28

(zweite) Kegelfläche

29

Verbindungsmittel

30

Laschenkette

31

eines Ende

32

Führungssegment

33

radiale Führungsbahn

34

anderes Ende

35

Hohlraum

36

Federelement

37

Öffnung

38

radiale Führungsnut

39

Winkelsektor

40

(seitliches) Endstück

41

Wirkfläche

42

Schrägungswinkel

43

axialer Abstand

44

(wirksamer) Wälzkreisdurchmesser

45

(seitliches) Endstück

46

Wirkfläche

47

Schrägungswinkel

48

axialer Abstand

49

(wirksamer) Wälzkreisdurchmesser

50

Spannrolle

51

Losseite (Lostrum)

52

Drehrichtung (des Antriebsrades)

53

Umlaufrichtung (des Übertragungsmittels)

54

Drehrichtung (des Abtriebsrades)

55

a innere Lasche

55

b äußere Lasche

56

Bolzen

57

Bolzenachse

58

a linke Lasche

58

b rechte Lasche

59

Bolzen

60

Bolzenachse

61

Wälzlinie

62

Teilung (Modul)

Claims (10)

1. Stufenlos verstellbares Getriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Antriebsrad (2), mindestens einem Abtriebsrad (3) und einem die Triebräder (2, 3) verbindenden endlosen Übertragungsmittel (4), wobei mindestens eines der Triebräder (2 bzw. 3) ein flexibles Verbindungsmittel (12 bzw. 29) aufweist, das zur formschlüssigen Übertragung eines Drehmomentes zwischen dem Triebrad (2 bzw. 3) und dem Übertragungsmittel (4) vorgesehen ist und zur Verstellung des Übersetzungsverhältnisses in einem Wälzkreis mit veränderbarem Durchmesser auf dem Triebrad (2 bzw. 3) anordenbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Triebrad (2 bzw. 3) zwei Kegelscheiben (8, 10 bzw. 25, 27) mit einander zugewandten Kegelflächen (9, 11 bzw. 26, 28) und mit verstellbarem axialen Abstand (43 bzw. 48) aufweist, dass die Kegelscheiben (8, 10 bzw. 25, 27) drehfest mit einer drehmomentführenden Nabe (6 bzw. 23) des Triebrades (2, 3) verbunden sind, und dass das Verbindungsmittel (12 bzw. 29) formschlüssig mit der Nabe (6 bzw. 23) in Verbindung steht und zwischen den Kegelflächen (9, 11 bzw. 26, 28) der Kegelscheiben (8, 10 bzw. 25, 27) geführt angeordnet ist.

2. Stufenlos verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (12 bzw. 29) eine endliche Länge aufweist, und dass das eine Ende (14 bzw. 31) des Verbindungsmittels (12 bzw. 29) formschlüssig mit dem Triebrad (2 bzw. 3) verbunden ist während das andere Ende (17 bzw. 34) beweglich in einem Hohlraum (18 bzw. 35) der Nabe (6 bzw. 23) gelagert ist.

3. Stufenlos verstellbares Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (12 bzw. 29) an dem einen Ende (14 bzw. 31) Führungssegmente (15 bzw. 32) aufweist, und dass die Führungssegmente (15 bzw. 32) in Führungsbahnen (16 bzw. 33) der Kegelscheiben (8, 10 bzw. 25, 27) radial verschiebbar gelagert sind.

4. Stufenlos verstellbares Getriebe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (12 bzw. 29) zur selbsttätigen Speicherung eines für die Kraftübertragung nicht benötigten Teiles in der Nabe (6 bzw. 23) an seinem anderen Ende (17 bzw. 34) mit einem durch ein Herausziehen des Verbindungsmittels spannbaren Federelement (19 bzw. 36) in Verbindung steht.

5. Stufenlos verstellbares Getriebe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (12 bzw. 29) zur selbsttätigen Speicherung eines für die Kraftübertragung nicht benötigten Teiles in der Nabe (6 bzw. 23) im Bereich des anderen Endes (17 bzw. 34) mit einem Transportrad in Eingriff steht, und dass das Transportrad mit einem durch ein Herausziehen des Verbindungsmittels (12 bzw. 29) spannbaren Federelement in Verbindung steht.

6. Stufenlos verstellbares Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (12 bzw. 29) seitliche Endstücke (40 bzw. 45) mit Wirkflächen (41 bzw. 46) aufweist, wobei die Wirkflächen (41 bzw. 46) einen mit den Kegelflächen (9, 11 bzw. 26, 28) der Kegelscheiben (8, 10 bzw. 25, 27) korrespondierenden Schrägungswinkel (42 bzw. 47) und ein verschleißfestes Material aufweisen.

7. Stufenlos verstellbares Getriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelscheiben (25, 27) zur Führung des Verbindungsmittels (29) aus dem bzw. in den Hohlraum (35) der Nabe (23) radiale Führungsnuten (38) aufweisen, und dass die Führungsnuten (38) eine einem Winkelsektor (39) entsprechende Form aufweisen.

8. Stufenlos verstellbares Getriebe nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelscheiben (8, 10) zur Führung des Verbindungsmittels (12) aus dem bzw. in den Hohlraum (18) der Nabe (6) radiale Führungsnuten (21) aufweisen, dass die Führungsnuten (21) eine in Umfangsrichtung konstante Breite (22) aufweisen, und dass die Breite (22) nach einem ganzzahligen Vielfachen der Teilung (Modul) des Verbindungsmittels (12) bemessen ist.

9. Stufenlos verstellbares Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (12, 29) als Laschenkette (13, 30) und das Übertragungsmittel (4) als Zahnkette (5) ausgebildet sind, und dass die Laschenkette (13, 30) und die Zahnkette (5) eine miteinander korrespondierende Form und eine gleiche Teilung (Modul) (62) aufweisen.

10. Stufenlos verstellbares Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (12, 29) als Stufenzahnkette und das Übertragungsmittel (4) als Zahnriemen ausgebildet sind, und dass die Stufenzahnkette und der Zahnriemen eine miteinander korrespondierende Form und eine gleiche Teilung (Modul) aufweisen.