DE10013182A1

DE10013182A1 - Stufenloses Reibradgetriebe

Info

Publication number: DE10013182A1
Application number: DE2000113182
Authority: DE
Inventors: Andelko Vesenjak
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2001-09-20

Abstract

Beschrieben ist ein Reibradgetriebe mit einer Eingangswelle und wenigstens einer Eingangsscheibe (2) und wenigstens einer Ausgangsscheibe, die ein Scheibenpaar bilden sowie mehreren Reibrädern (3, 4), die zwischen den Innenflächen der Scheiben verschwenkbar angeordnet sind zur Übertragung eines Drehmoments von der Eingangs- auf die zugehörige Ausgangsscheibe. Die Reibräder (3, 4) sind an Trägern (5, 6) gelagert, wobei erfindungsgemäß jedem Träger (5, 6) wenigstens ein Federelement (19, 20; 23, 24) zugeordnet ist, dessen Federkraft im wesentlichen in Richtung der Trägerlängsachse (13, 14) auf diesen Träger (5, 6) einwirkt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein stufenloses Reibradgetriebe nach dem Oberbegriff von Anspuch 1.

Ein derartiges stufenloses Reibradgetriebe weist übli cherweise wenigstens eine koaxial zu einer Eingangswelle angeordnete Eingangs- und wenigstens eine Ausgangsscheibe auf, die paarweise zueinander angeordnet und deren Innen flächen toroidförmig ausgestaltet sind sowie zwischen der Eingangs- und Ausgangsscheibe angeordnete Reibräder. Diese Reibräder stehen sowohl mit der Eingangs- als auch der Aus gangsscheibe in Reibkontakt und übertragen das ihnen von der Eingangsscheibe aufgegebene Drehmoment auf die Aus gangsscheibe durch reibschlüssigen Kontakt. Dabei ist die Drehzahl der Reibräder um so höher, je größer der Abstand zwischen ihrer Berührungsstelle mit der Eingangsscheibe und der Drehachse ist. Die Drehzahl der Ausgangsscheibe hinge gen ist um so größer, je näher die Berührungsstelle zwi schen Reibrad und Ausgangsscheibe an der Drehachse liegt. Durch Verschwenkung der Reibräder kann demzufolge die Dreh zahl der Ausgangsscheibe stufenlos und beliebig eingestellt werden. Zu diesem Zweck sind die Drehachsen der Reibräder an einem Träger gelagert, der über eine Verschwenkeinrich tung ansteuerbar ist. Die Träger zur Aufnahme je eines Reibrades sind im Gehäuse des Reibradgetriebes in Richtung ihrer Trägerlängsachse verschiebbar und um diese Längsachse drehbar gelagert.

Das Grundprinzip eines derartigen stufenlosen Reibrad getriebes ist bereits in der US 2,152,796, die im Jah re 1939 veröffentlicht wurde, beschrieben. Darin sind zwei Paare konkave Eingangs- und Ausgangsscheiben vorgesehen, zwischen denen schwenkbar gelagerte Reibräder angeordnet sind, so daß ein über eine Eingangswelle den Eingangsschei ben und den Reibrädern übertragenes Moment, je nach Rela tivstellung der Reibräder mit einem davon abhängigen Über setzungsverhältnis über die Ausgangsscheiben, eine Zahn radstufe und eine Hohlwelle, einem Summierungsgetriebe in Form eines Planetengetriebes zugeführt wird. Der Steg des Planetengetriebes treibt eine Ausgangswelle, die mit den Antriebsrädern, z. B. eines Kraftfahrzeugs, verbunden ist. Die Ausgangswelle kann dabei parallel zur und im Abstand von der Eingangswelle angeordnet sein. Das Ausgangszahnrad und die beiden Ausgangsscheiben sind drehbar auf einer Hül se gelagert, die an ihren Enden in Lagerstützen abgestützt sind. Die Anordnung der Lagerstützen zwischen jeweils einer Ein- und Ausgangsscheibe setzt einen genügend großen Bau raum zwischen diesen Scheiben voraus.

Aus der DE 197 54 725 A1 ist ferner ein stufenloses Reibradgetriebe bekannt, welches im oberen Abschnitt des Getriebegehäuses Aussparungen vorsieht, in welche die obe ren Enden der Träger mit Spiel eingreifen und wobei diese oberen Enden der Träger in den Aussparungen von einem Lager umgeben sind, welches eine Verdreh- und eine Axialbewegung ermöglicht.

Bei einem stufenlosen Reibradgetriebe in Halbtoroid- Bauweise wird üblicherweise das Antriebsmoment von einer Eingangs- zu einer Ausgangsscheibe über Reibrollen übertra gen, welche üblicherweise paarweise in einer Variatorein heit eingesetzt werden, wie eingangs bereits erwähnt. Um nun einen stabilen Betrieb des Variators zu gewährleisten, ist eine Kopplung der Bewegung der beiden Träger einer Va riatoreinheit untereinander erforderlich. Eine derartige Kopplung erfolgt zum einen mechanisch auf direktem Weg über obere und untere Querjoche, welche die Trägerenden mitein ander verbinden. Zum anderen besteht eine indirekte mecha nische Kopplung der Träger über die Reibrollen und die Ein- und Ausgangsscheiben. Eine weitere Kopplung erfolgt auf hydraulischem Wege über eine hydraulische Verstelleinrich tung der beiden Träger, welche mit einer hydraulischen Re geleinrichtung verbunden sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Bauauf wand eines derartigen stufenlosen Getriebes zu verringern, so daß auch ohne Zuführung hydraulischer Energie eine si chere Funktion der Bewegung der Träger und eine Erhöhung der Stabilität bei äußeren Störungen des Getriebes gegeben ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem gattungsge mäßen stufenlosen Reibradgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte bauliche Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß jedem Träger wenigstens ein Federelement zugeordnet ist, dessen Feder kraft im wesentlichen in Richtung der Trägerlängsachse auf den Träger wirkt. Damit wird vorteilhafterweise eine Lösung angegeben, welche auch bei äußeren Störungen des Reibradge triebes, beispielsweise eines Hydraulikausfalls, die Stabi lität des Betriebsverhaltens des Getriebes gewährleistet. Die Federelemente stellen eine einfache Lösung dar, welche selbst ohne die mechanische Kopplung der Träger durch die oberen und unteren Querjoche einen stabilen Betrieb des Variators sicherstellt. Die konstruktive Ausführung des Variators ist ferner dadurch vereinfacht, da auch die Lage rung der Querjoche im Gehäuse entfällt und dennoch eine Stabilität des Betriebsverhaltens bei äußeren Störungen gegeben ist.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß jedem Träger zwei Federelemente zugeordnet sind, wobei die Federelemente einerseits an dem Träger und andererseits am Gehäuse des Reibradgetriebes abgestützt sind. Damit werden vorteilhafterweise zwei Kräf te in Richtung der Trägerlängsachse auf den Träger aufge bracht, welche auch unabhängig voneinander bemessen sein können.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung, nach der ein Federelement auf der Oberseite und ein Federelement auf der Unterseite eines an dem Träger angeordneten hydrauli schen Kolbens angeordnet ist. Dieser Kolben ist zur hydrau lischen Verstellung sowie auch zur hydraulischen Kopplung der beiden Träger erforderlich. Damit können auf einfache Weise ohne wesentlichen Fertigungsmehraufwand die beiden Federelemente an dem Träger angeordnet werden.

Je nach Anforderung an den zur Verfügung stehenden Bauraum kann auch die Federung der Träger unterschiedlich ausgebildet sein. So ist in einer weiteren Ausbildung mit ebenfalls zwei Federelementen pro Träger vorgesehen, daß die Federelemente an den Stirnseiten des Trägers angeordnet und am Gehäuse abgestützt sind. Dabei können die Federele mente selbstverständlich direkt an den Stirnflächen des Trägers oder auch beispielsweise an einem Bund nahe der Stirnseiten des Trägers abgestützt sein.

Als Federelemente sind insbesondere Druckfedern, wie beispielsweise Tellerfedern, Schraubenfedern oder ähnliche, vorgesehen, welche vorteilhafterweise einfach zu montieren und kostengünstig sind.

Mittels unterschiedlicher Federkraftkennlinien ist vorteilhafterweise das Verstell- bzw. Regelverhalten des Reibradgetriebes auf einfache Weise beeinflußbar. So kann durch die gezielte Auswahl und den Einsatz von Federelemen ten mit unterschiedlichen Kennlinien auf einfache Weise auch unterschiedliches Regelverhalten des Variators einge stellt werden.

Um ein möglichst neutrales Regelverhalten des Reibrad getriebes einzustellen, wird vorgeschlagen, daß die Fe derelemente derart ausgewählt werden, so daß die Federkräf te in der Neutralposition des Trägers bzw. des Reibrades ausgeglichen sind. Die Neutralposition entspricht dabei der Position, in welcher die Drehachsen der Reibrollen, welche an dem Träger gelagert sind, sich mit der Drehachse der Eingangs- und Ausgangsscheiben kreuzen. Damit wird sicher gestellt, daß, wenn beispielsweise keine hydraulische Ver stellkraft an den Kolben anliegt, die Reibrollen in der Neutralposition verbleiben.

Es wird weiter vorgeschlagen, daß die Federkräfte der Federelemente eines Trägers unterschiedlich groß bemessen sind, so daß insbesondere in der Neutralposition der Ein fluß der Gewichtskraft des Trägers kompensiert ist. Damit wird vorteilhafterweise erreicht, daß die Gewichtskraft des Trägers sowie der daran gelagerten Rolle nicht auf hydrau lischem Wege kompensiert zu werden braucht.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird vorge schlagen, daß dem oder auch mehreren Federelement(en) ein Einstellmittel, beispielsweise eine Einstellscheibe, zuge ordnet ist. Mittels dieser Einstellscheiben kann eine defi nierte Vorspannung der Federn und somit der Träger bzw. der Reibrollen eingestellt werden, welche wiederum Vorteile bezüglich der Regelstabilität ergeben.

Die oben genannten Vorteile gelten sowohl für ein vor genanntes, einzügiges stufenloses Reibradgetriebe mit einer Variatoreinheit als auch für eine zweizügige Ausführung eines stufenlosen Reibradgetriebes mit zwei Variatoreinhei ten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine stufenlose Variatoreinheit mit oberen und unteren Querjochen nach dem Stand der Technik in Schnitt-Darstellung;

Fig. 2 ein stufenloses Reibradgetriebe gemäß der Erfindung in Schnitt-Darstellung und

Fig. 3 ein stufenloses Reibradgetriebe gemäß der Erfindung in alternativer Ausbildung.

Stufenlose Reibradgetriebe in Halbtoroid-Bauweise sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt, so daß in den Figuren nur die für das Verständnis der Erfindung we sentlichen Bauteile gezeigt und beschrieben sind.

In den nachfolgenden Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Eine Variatoreinheit eines bekannten stufenlosen Reib radgetriebes (Fig. 1) besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 1, in dem eine Scheibe 2, beispielsweise die Ein gangsscheibe, um die Achse Z drehbar gelagert ist. Die kor respondierende Ausgangsscheibe ist der Einfachheit halber nicht dargestellt. Die Reibrollen 3 und 4, welche das Mo ment von der Eingangsscheibe 2 auf die Ausgangsscheibe übertragen, sind drehbar in den Trägern 5 und 6 gelagert. In Neutralstellung des Getriebes fallen die Drehachsen der Rollen 3 und 4 mit der X-Achse des Getriebes zusammen und die Drehachsen der Rollen 3, 4 schneiden die Drehachse Z der Ein- und Ausgangsscheiben. Die Träger 5 und 6 sind mit tels oberer und unterer Trägerlager in dem oberen und unte ren Querjoch 7 und 8 derart gelagert, so daß die Träger 5 und 6 sowohl um ihre Längsachsen 13 und 14 drehbar als auch in Richtung der Längsachsen verschiebbar und somit relativ zu den Querjochen 7 und 8 verschwenkbar sind. Die Querjo che 7 und 8 wiederum sind gegenüber den oberen und unteren Zapfenlagern 9 und 10 verschwenkbar. Die Träger 5 und 6 weisen ferner an ihren unteren Enden jeweils einen hydrau lischen Kolben 11 und 12 auf, der in einem Zylinder im un teren Teil des Gehäuses geführt und mit einer nicht gezeig ten hydraulischen Regel- und Verstelleinrichtung verbunden ist.

Bei einem Halbtoroid-Variator der vorgenannten Bauart gemäß dem Stand der Technik besteht somit eine Kopplung der Bewegung der Träger 5 und 6 in Y-Richtung zum einen auf mechanischem, direkten Wege durch das obere und untere Querjoch 7 und 8 sowie auch auf indirektem Wege über die Reibrollen 3 und 4 und über die Eingangsscheibe 2 und die Ausgangsscheibe. Eine weitere Kopplung der Bewegung der Träger 5 und 6 erfolgt auf hydraulischem Wege über die Kol ben 11 und 12 sowie die diese beiden verbindenden, nicht dargestellte Verstelleinrichtung.

Gemäß der vorliegenden Erfindung (Fig. 2) ist nun je dem Träger wenigstens ein Federelement 19, 20 zugeordnet, dessen Federkraft im wesentlichen in Richtung der Träger längsachse 13, 14 auf den Träger 5, 6 wirkt. In einem er sten Ausführungsbeispiel sind jedem Träger 5, 6 obere Fe derelemente 19, 23 sowie untere Federelemente 20, 24 zuge ordnet. Diese Federelemente 19, 20, 23, 24 sind jeweils auf der Ober- bzw. Unterseite der Kolben 11 und 12 angeordnet, so daß auf jeden Träger 5, 6 ein Kräftepaar in Richtung der Längsachsen 13, 14 aufbringbar ist. Damit wird vorteilhaf terweise erreicht, daß die mechanische Kopplung durch das obere und untere Querjoch 7, 8 gemäß Fig. 1 entfallen kann und die Träger 5 und 6 auch ohne hydraulische Kraft in Neu tralposition - wie in der Fig. 2 dargestellt - gehalten werden.

Durch die vorgeschlagenen Federelemente 19, 20, 23, 24 kann weiterhin durch Variation der Federkennlinien das Re gelverhalten des Variators beeinflußt werden. Außerdem kann durch Einlegen von Einstellscheiben 21, 22, 25 und 26 die Vorspannung der Träger 5 und 6 beeinflußt werden. Weiterhin kann auch durch entsprechende Auswahl der Federkennlinien für die oberen Federn 19 und 23 und die unteren Federn 20 und 24 der Einfluß der Gewichtskraft der Träger 5 und 6 sowie der Rollen 3 und 4 kompensiert werden.

In einer alternativen Ausbildung (Fig. 3) wird die Vorspannung der Träger 5 und 6 in Y-Richtung durch Feder elemente 27, 28, 29, 30, beispielsweise Druckfedern, er zeugt, welche in Bohrungen 31, 32, 33, 34 eingesetzt sind und wobei die Federelemente 27 bis 30 auf die oberen und unteren Stirnseiten der Träger 5 und 6 einwirken. Die Vor spannung der Träger 5 und 6 kann selbstverständlich auch durch Einstellscheiben voreingestellt werden.

Bezugszeichen

1

Gehäuse

2

Scheibe

3

Rolle, Reibrad

4

Rolle, Reibrad

5

Träger

6

Träger

7

Querjoch, oben

8

Querjoch, unten

9

Zapfenlager, oben

10

Zapfenlager, unten

11

Kolben

12

Kolben

13

Längsachse

14

Längsachse

15

Lager

16

Lager

17

Lager

18

Lager

19

Federelement

20

Federelement

21

Einstellscheibe

22

Einstellscheibe

23

Federelement

24

Federelement

25

Einstellscheibe

26

Einstellscheibe

27

Federelement

28

Federelement

29

Federelement

30

Federelement

31

Bohrung

32

Bohrung

33

Bohrung

34

Bohrung
X-Achse
Y-Achse
Z-Achse

Claims

1. Stufenloses Reibradgetriebe, mit:

- einer Eingangswelle,
- wenigstens einer koaxial zur Eingangswelle angeordne ten Eingangsscheibe (2) mit toroidförmiger Innenflä che,
- wenigstens einer koaxial zur Eingangswelle angeordne ten Ausgangsscheibe mit toroidförmiger Innenfläche, wobei je eine Eingangsscheibe (2) und eine Ausgangs scheibe ein Paar bilden,
- mehreren Reibrädern (3, 4), die zwischen den Innenflä chen der Eingangsscheibe (2) und der Ausgangsscheibe verschwenkbar angeordnet sind, zur Übertragung eines Drehmomentes von der Eingangsscheibe (2) auf die zuge hörige Ausgangsscheibe,
- mehreren Trägern (5, 6) zur Aufnahme je eines Reibra des (3, 4), wobei die Träger (5, 6) im Gehäuse (1) ei nes Reibradgetriebes in Richtung ihrer Trägerlängsach se (13, 14) verschiebbar und um die Längsachse (13, 14) drehbar gelagert sind,
- eine Anpreßeinrichtung für die wenigstens eine Ein gangsscheibe (2), um diese in Richtung Ausgangsscheibe zu beaufschlagen,
- einer Ausgangswelle,

dadurch gekennzeichnet, daß jedem Trä ger (5, 6) wenigstens ein Federelement (19, 20, 23, 24 und 27, 28, 29, 30) zugeordnet ist, dessen Federkraft im we sentlichen in Richtung der Trägerlängsachse (13, 14) auf den Träger (5, 6) wirkt.

2. Stufenloses Reibradgetriebe nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß dem Träger (5, 6) zwei Federelemente (19, 20; 23, 24; 27 bis 30) zugeord net sind, wobei die Federelemente (19, 20; 23, 24; 27 bis 30) einerseits an dem Träger (5, 6) und andererseits am Gehäuse (1) abgestützt sind.

3. Stufenloses Reibradgetriebe nach Anspruch 2, da durch gekennzeichnet, daß ein Federele ment (19, 23) auf der Oberseite und ein Federelement (20, 24) auf der Unterseite eines an dem Träger (5, 6) angeord neten Kolbens (11, 12) angeordnet ist.

4. Stufenloses Reibradgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Fe derelemente (27, 29; 28, 30) an den beiden Stirnseiten des Trägers (5, 6) angeordnet und am Gehäuse (1) abgestützt sind.

5. Stufenloses Reibradgetriebe nach einem der vorange henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Federelemente Druckfedern, wie beispielsweise Tel lerfedern (19, 20; 23, 24), Schraubenfedern (27 bis 30) oder ähnliche, vorgesehen sind.

6. Stufenloses Reibradgetriebe nach einem der vorange henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels unterschiedlicher Federkraft-Kennlinien das Verstell-/Regelverhalten des Reibradgetriebes beeinflußbar ist.

7. Stufenloses Reibradgetriebe nach einem der vorange henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkräfte der Federelemente (19, 20; 23, 24; 27 bis 30) eines Trägers (5, 6) derart bemessen sind, so daß in der Neutralposition des Trägers (5, 6) bzw. des Reibra des (3, 4) die Federkräfte ausgeglichen sind.

8. Stufenloses Reibradgetriebe nach Anspruch 7, da durch gekennzeichnet, daß die Federkräfte der Federelemente (19, 20; 23, 24; 27 bis 30) eines Trä gers (5, 6) unterschiedlich groß sind, so daß in der Neu tralposition der Einfluß der Gewichtskraft des Trägers (5, 6) kompensiert ist.

9. Stufenloses Reibradgetriebe nach einem der vorange henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Federelement (19, 20; 23, 24; 27 bis 30) ein Ein stellmittel, beispielsweise eine Einstellscheibe (21, 22; 25, 26), zugeordnet ist.

10. Stufenloses Reibradgetriebe nach Anspruch 9, da durch gekennzeichnet, daß durch unter schiedliche Dicken der Einstellscheibe (21, 22; 25, 26) eine definierte Verspannung der Träger (5, 6) bzw. der Reibräder (3, 4) erzeugbar ist.