DE10059781A1 - Stufenloses Toroidalgetriebe für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb - Google Patents

Abstract

Es soll ein Aufbau umgesetzt werden, mit dem eine Gewichtsreduzierung eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb ermöglicht wird und bei dem ein zentrales Differentialgetriebe nicht mehr erforderlich ist. Außerdem soll der Freiheitsgrad in der Positionierung der einzelnen Bauteile erhöht und eine Vereinfachung des Entwurfs eines Fahrzeugs mit einem Vierradantrieb ermöglicht werden. DOLLAR A Ein Drehmomentwandler 39 und eine Vorwärts-Rückwärts-Umschalteinheit 42 sowie eine stufenlose Torodialgetriebeeinheit 40 werden in bezug auf die Übertragungsrichtung der Antriebskraft aufeinanderfolgend angeordnet. Die Öldruckbelastungsanlage wird auf der gegenüberliegenden Seite zu der o. a. Vorwärts-Rückwärts-Umschalteinheit 42 angebracht. Die erste und zweite Abtriebsscheibe 34, 37, die die o. a. stufenlose Torodialgetriebeeinheit 40 bilden, werden unabhängig voneinander frei rotierend gestützt. Die Antriebswelle für die Vorderräder 51 wird durch die erste Abtriebsscheibe 34 und die Antriebsscheibe für die Hinterräder 52 wird durch die zweite Abtriebsscheibe 37 rotierend angetrieben.

Description

Das in dieser Erfindung betreffende stufenlose Toroidalgetriebe für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb wird als Getriebe eines vierradangetriebenen Fahrzeugs verwendet, bei dem während der Fahrt sowohl die Vorderräder als auch die Hinterräder rotierend angetrieben werden. Insbesondere bietet die vorliegende Erfindung einen Aufbau an, der für ein Getriebe für Großfahrzeuge geeignet ist, bei denen ein Motor mit einer hohen Abgasmenge und einem hohen Drehmoment eingebaut ist.

Es wird erforscht, ob als Fahrzeuggetriebe ein stufenloses Toroidalgetriebe verwendet werden kann, das in den Abb. 5 und 6 anschaulich dargestellt ist. Ein solches stufenloses Toroidalgetriebe stützt, wie z. B. in der Patentveröffentlichung mit der Nummer SHO 62-71465 beschrieben wird, die Antriebsscheibe 2 konzentrisch zu der Antriebswelle 1 und fixiert die Abtriebsscheibe 4 an dem Endabschnitt der Abtriebswelle 3, welche konzentrisch zu der Antriebswelle 1 positioniert ist. An der Innenseite des Gehäuses 5 (siehe Abb. 8, die später erläutert wird), in das das stufenlose Toroidalgetriebe eingebaut ist, sind die Zapfen 7, 7 installiert, durch welche die Stützachsen 6, 6 an der Torsionsposition zu der Abtriebswelle 3 und der Antriebswelle 1 oszillieren.

Die o. a. Stützachsen 6, 6 an der Außenseitenfläche an den beiden Endabschnitten sind konzentrisch zu den einzelnen Zapfen 7, 7 jeweils als 1 Paar an den einzelnen Zapfen 7, 7 angebracht. Die einzelnen Stützachsen 6, 6 kreuzen die Mittelwelle der o. a. einzelnen Scheiben 2, 4 zwar nicht, aber sie befinden sich an der Distorsionsposition, welche die rechtwinklige Richtung zur Richtung der Mittelwelle der einzelnen Scheiben 2, 4 darstellt. An den mittleren Abschnitten der o. a. einzelnen Zapfen 7, 7 wird die untere Hälfte der Verschiebungsachsen 8, 8 gestützt. Aufgrund der Schwingung der einzelnen Zapfen 7, 7 mit Schwerpunkt auf die o. a. Achsen 6, 6 kann der Neigungswinkel der einzelnen Verschiebungsachsen frei reguliert werden. In der Umgebung der vorderen Hälfte der Verschiebungsachsen 8, 8, die durch die einzelnen Zapfen 7, 7 gestützt werden, werden jeweils die Antriebsrollen 9, 9 frei rotierend gestützt. Die einzelnen Antriebsrollen 9, 9 sind zwischen den Innenseitenflächen 2a, 4a der o. a. Scheiben 2, 4 der Antriebs- und Abtriebsseite eingeklemmt.

Die Innenseitenflächen 2a, 4a, welche gegenüber den o. a. Scheiben der Antriebs- und Abtriebsseite liegen, bilden eine konkave Fläche mit einer bogenförmigen Durchschnittsgestalt, wobei in bezug auf die einzelnen Durchschnitte die o. a. Stützachse 6 in einer Bogenform oder in einer Kurve, die einer Bogenform nahekommt, rotiert. Die peripheren Flächen 9a, 9a der einzelnen Antriebsrollen 9, 9, welche zu einer kugelförmigen konvexen Fläche geformt sind, stoßen direkt an die o. a. Innenseitenflächen 2a, 4a. Zwischen der o. a. Antriebswelle 1 und der Abtriebsscheibe 2 ist eine Belastungsvorrichtung 10 angebracht. Mit Hilfe dieser Belastungsvorrichtung 10 wird die o. a. Antriebsscheibe 2 in Richtung der Abtriebsscheibe 4 elastisch gedrückt und wird frei rotierend angetrieben.

Bei der Verwendung eines stufenlosen Toroidalgetriebes mit dem o. a. Aufbau drückt die o. a. Belastungsvorrichtung 10 im Zuge der Rotation der Antriebsweile 1 die o. a. Antriebsscheibe 2 auf die o. a. mehreren Antriebsrollen 9, 9 und läßt sie rotieren. Die Rotation der Antriebsscheibe 2 wird mit Hilfe der o. a. mehreren Antriebsrollen 9, 9 auf die Abtriebsscheibe 4 übertragen, so dass die feststehende Abtriebswelle 3 auf der Abtriebsscheibe 3 rotiert.

Wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 3 geändert wird, schwingen in dem Fall, dass zunächst zwischen der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 3 eine Geschwindigkeitsreduzierung erfolgt, mit Schwerpunkt auf die Stützachsen 6, 6 die o. a. einzelnen Zapfen 7, 7. Wie die Abb. 5 veranschaulicht, werden die einzelnen Verschiebungsachsen 8, 8 geneigt, so dass die peripheren Flächen 9a, 9a der einzelnen Antriebsrollen 9, 9 direkten Kontakt mit dem peripheriepassierenden Abschnitt der Innenseitenfläche 4a der Abtriebsscheibe 4 und dem mittelpunktpassierenden Abschnitt der Innenseitenfläche 2a der Antriebsscheibe 2 haben.

Wenn aber andererseits eine Geschwindigkeitserhöhung erfolgt, schwingen die o. a. einzelnen Zapfen 7, 7 und, wie die Abb. 6 darstellt, es werden die einzelnen Verschiebungsachsen 8, 8 dergestalt geneigt, so dass die peripheren Flächen 9a, 9a der einzelnen Antriebsrollen 9, 9 direkten Kontakt mit dem peripheriepassierenden Abschnitt der Innenseitenfläche 2a der Antriebsscheibe und mit dem mittelpunktpassierenden Abschnitt der Innenseitenfläche 4a der Abtriebsscheibe 4 haben. Wenn der Neigungswinkel der einzelnen Verschiebungsachsen 8, 8 sich zwischen den Abb. 5 und 6 befindet, dann kann ein mittleres Übersetzungsverhältnis zwischen der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 3 erzielt werden.

Die Abb. 7 und 8 stellen ein noch konkreteres stufenloses Toroidalgetriebe dar, welches auf einem Mikrofilm der Patentveröffentlichung mit der Nummer SHO 63-69293 (Patentveröffentlichung mit der Nummer HEI 1-173552) dargestellt wird. Die Antriebsscheibe 2 und die Abtriebsscheibe 4 werden in der Umgebung der rohrförmigen Antriebswelle 11 jeweils frei rotierend gestützt. Außerdem wird zwischen dem Endabschnitt der Antriebswelle 11 und der o. a. Antriebsscheibe 2 eine Belastungsnockenvorrichtung installiert. Mit der o. a. Abtriebsscheibe 4 wird ein Abtriebszahnrad 12 verbunden. Dabei rotieren die Abtriebsscheibe 4 und das Abtriebszahnrad 12 synchron.

Die Achsen 6, 6, welche gegenseitig konzentrisch an den Endabschnitten der Zapfen 7, 7 (1 Paar) angebracht wurden, werden durch 1 Paar Stützplatten 13, 13 frei verschiebbar in Richtung der Achse (Vorder- und Rückseitenrichtung in Abb. 7, linke und rechte Richtung der Abb. 8) sowie der Schwingung gestützt. Durch die einzelnen Verschiebungsachsen 8, 8 geraten die untere Hälfte und die vordere Hälfte gegenseitig in eine exzentrische Lage. Die untere Hälfte wird in dem Zwischenabschnitt der o. a. einzelnen Zapfen 7, 7 frei rotierend gestützt, wobei auf den einzelnen vorderen Hälften die o. a. einzelnen Antriebsrollen 9, 9 frei rotierend gestützt werden.

Das o. a. Paar der Verschiebungsachsen 8, 8 wird an einer Position auf der gegenüberliegenden Seite bei 180 Grad zu der o. a. Antriebswelle 11 angebracht. Die Richtung, in der sich die untere Hälfte und die vordere Hälfte der einzelnen Verschiebungsachsen in einer exzentrischen Lage befinden, ist dieselbe Richtung (umgekehrte Richtung links und rechts in Abb. 8) in bezug auf die Rotationsrichtung der o. a. Antriebs- und Abtriebsscheiben 2, 4. Außerdem ist die exzentrische Richtung die Richtung, die sich fast direkt mit der Installationsrichtung der o. a. Antriebswelle 11 kreuzt. Folglich werden die o. a. einzelnen Antriebsrollen 9, 9 in bezug auf die Installationsrichtung der o. a. Antriebswelle 11 ein wenig frei verschiebbar gestützt.

Zwischen der Außenseitenfläche der o. a. einzelnen Antriebsrollen 9, 9 und der Innenseitenfläche des Zwischenabschnitts der o. a. einzelnen Zapfen 7, 7 werden ausgehend von der Seite der Außenseitenfläche der einzelnen Antriebsrollen 9, 9 in der Reihenfolge Axialkugellager (thrust ball-and-socket joint) 14, 14 und Axialnadellager 15, 15 angebracht. Die Axialkugellager 14, 14 unterstützen die Belastung in Druckrichtung (Axialrichtung, thrust direction) bezüglich der o. a. einzelnen Antriebsrollen 9, 9 und erlauben die Rotation der einzelnen Antriebsrollen 9, 9. Die o. a. einzelnen Axialnadellager 15, 15 unterstützen die Druckbelastung, die von den o. a. einzelnen Antriebsrollen 9, 9 auf die Außenräder 16, 16, die die o. a. einzelnen Axialkugellager 14, 14 aufbauen, ausgeübt wird, und sie erlauben, dass die o. a. Außenräder 16, 16 und die vorderen Hälften der o. a. einzelnen Verschiebungsachsen 8, 8 mit Schwerpunkt auf die unteren Hälften der einzelnen Verschiebungsachsen 8, 8 schwingen. Die o. a. einzelnen Zapfen 7, 7 sind durch Öldruckaktuatoren 17, 17 in Axialrichtung der o. a. einzelnen Achsen 6, 6 frei verschiebbar.

In dem Fall eines stufenlosen Toroidalgetriebes mit dem o. a. Aufbau wird die Rotation der Antriebswelle 11 mittels einer Belastungsnockenvorrichtung 10 auf die Antriebsscheibe 2 übertragen. Die Rotation der Antriebsscheibe 2 wird mit Hilfe der Antriebsrollen 9, 9 (1 Paar) auf die Abtriebsscheibe 4 übertragen. Die Rotation der Abtriebsscheibe 4 wird durch das Abtriebszahnrad 12 übernommen.

Wenn die Rotationsgeschwindigkeitsrate zwischen der Antriebswelle 11 und dem Abtriebszahnrad 12 verändert wird, werden die o. a. Zapfen 7, 7 (1 Paar) durch die o. a. einzelnen Aktuatoren 17, 17 in die jeweils andere Richtung verschoben: z. B. wird die Antriebsrolle 9 an der unteren Seite in der Abb. 8 zur rechten Seite in derselben Abbildung und die Antriebsrolle 9 an der oberen Seite in derselben Abbildung auf die linke Seite in derselben Abbildung verschoben. Dadurch erfolgt eine Wirkung auf die direkten Kontaktstellen zwischen den peripheren Flächen 9a, 9a der einzelnen Antriebsrollen 9, 9 den Innenseitenflächen 2a, 4a der o. a. Antriebsscheibe 2 und der Abtriebsscheibe 4. Damit wird die Neigung der Kraft in Tangentialrichtung geändert. Im Zuge der Veränderung der Neigung dieser Kraft schwingen die o. a. einzelnen Zapfen 7, 7 mit Schwerpunkt auf die Stützachsen 6, 6, welche durch die Stützplatten 13, 13 gestützt werden, gegenseitig in umgekehrter Richtung. Wie die o. a. Abb. 5 und 6 veranschaulichen, werden dadurch die direkten Kontaktpositionen zwischen den peripheren Flächen 9a, 9a der o. a. einzelnen Antriebsrollen 9, 9 und den o. a. einzelnen Innenseitenflächen verändert, so dass sich die Rotationsgeschwindigkeitsrate zwischen der o. a. Antriebswelle 11 und dem Abtriebszahnrad 12 verändert.

Zum Zeitpunkt der Antriebskraftübertragung durch das stufenlose Toroidalgetriebe verlagern sich basierend auf den elastischen Verformungen der einzelnen Bauteile die o. a. einzelnen Antriebsrollen 9, 9 zur Axialrichtung der o. a. Antriebswelle 11. Die o. a. einzelnen Verschiebungsachsen 8, 8, welche die einzelnen Antriebsrollen 9, 9 stützen, bewegen sich ein wenig kreisend mit Schwerpunkt auf die einzelnen unteren Hälften. Aufgrund dieser kreisenden Bewegung verschieben sich die Außenseitenflächen der Außenräder 16, 16 der o. a. einzelnen Axialkugellager 14, 14 und die Innenseitenflächen der o. a. einzelnen Zapfen 7, 7 relativ. Da sich zwischen den Außenseitenflächen und den Innenseitenflächen die o. a. einzelnen Axialnadellager 15, 15 befinden, ist die Kraft, die für eine relative Verschiebung erforderlich ist, gering.

In dem Fall eines stufenlosen Toroidalgetriebes mit einem solchen Aufbau und einer solchen Wirkung wird die Übertragung der Antriebskraft zwischen dem Abtriebszahnrad 12 und der o. a. Antriebswelle 11 durch 2 Antriebsrollen 9, 9 durchgeführt. Daher vergrößert sich die Kraft je Flächeneinheit, die zwischen den peripheren Flächen 9a, 9a der einzelnen Antriebsrollen 9, 9 und den Innenseitenflächen 2a, 4a der Antriebs- und Abtriebsscheiben 2, 4 übertragen wird, so dass eine Obergrenze bei der übertragbaren Antriebskraft entsteht. Unter Berücksichtigung einer solchen Sachlage wird seither vorgeschlagen, dass die übertragbare Antriebskraft durch das stufenlose Toroidalgetriebe vergrößert und die Anzahl der Antriebsrollen 9, 9 erhöht werden sollten.

Wie z. B. in der Patentveröffentlichung mit der Nummer HEI 3-74667 beschrieben wird, ist bisher allgemein bekannt, dass als 1. Reihe zur Erhöhung der Anzahl der Antriebswellen 9, 9 zu diesem Zweck zwischen der Antriebsscheibe (1 Satz) und der Abtriebsscheibe 4 drei Antriebsrollen 9, 9 angeordnet werden und dass durch diese drei Antriebsrollen 9, 9 die Übertragung der Antriebskraft erfolgt. Wie die Abb. 9 veranschaulicht, werden in dem Fall eines in der Patentveröffentlichung beschriebenen Aufbaus an 3 Stellen mit gleichen Abständen in Längsrichtung (Umfangsrichtung) des feststehenden Rahmens 18 die Zwischenabschnitte der Stützteile 19, 19 gestützt, welche jeweils um 120 Grad gekrümmt sind. Zwischen den benachbarten Stützteilen 19, 19 werden die einzelnen Zapfen 7, 7 frei verschiebbar in Schwingungsrichtung sowie in Axialrichtung gestützt.

Die o. a. einzelnen Zapfen 7, 7 werden jeweils durch die Öldruckaktuatoren 17, 17 frei in Axialrichtung der Stützachse 6 verlagert, die konzentrisch zu den beiden Endabschnitten angebracht ist. Die einzelnen Öldruckzylinder 20, 20, welche die o. a. einzelnen Aktuatoren 17, 17 bilden, passieren mittels eines Steuerventils 21 die Ausspritzöffnung der Pumpe 22, welche die Öldruckquelle darstellt. Das Steuerventil 21 ist mit einer frei verschiebbaren Schiebemuffe 23 (sleeve) und einem Stirnrad (Geradstirnrad, spur) gegenüber der Axialrichtung (linke und rechte Richtung in Abb. 9) ausgestattet.

In dem Fall, dass bei den o. a. einzelnen Zapfen 7, 7 der Neigungswinkel der Antriebsrollen 9, 9, welche durch die Verschiebungsachsen 8, 8 gestützt werden, geändert wird, wird die o. a. Schiebemuffe 23 durch den Steuermotor 25 in Axialrichtung (linke und rechte Richtung in der Abb. 9) verschoben. Dadurch wird das Öl, welches aus der o. a. Pumpe 22 ausgestoßen wird, durch eine Öldruckleitung zu den o. a. einzelnen Öldruckzylindern 20, 20 geleitet. Die Antriebskolben 26, 26, welche an den einzelnen Öldruckzylindern 20, 20 montiert sind und den Zweck erfüllen, dass die o. a. einzelnen Zapfen 7, 7 in Axialrichtung der Achse verschoben werden, werden in dieselbe Richtung wie die Rotationsrichtung der Antriebsscheibe 2 und der Abtriebsscheibe 4 (siehe Abb. 5 bis 7) verschoben. Im Zuge der Verschiebung der o. a. einzelnen Antriebskolben 26, 26 wird das Betriebsöl, welches aus den o. a. einzelnen Öldruckzylindern 20, 20 ausgepresst wird, durch die Öldruckleitung (ein Teil ist nicht abgebildet), die das o. a. Steuerventil 21 enthält, zu dem Ölauffang 27 zurückgeführt.

Die Verschiebung der Antriebskolben 26 während der Weiterleitung des o. a. Öls wird mittels des Nockens 28 und des Gelenks 29 (Verbindung, link) auf das o. a. Stirnrad 24 übertragen, wodurch das Stirnrad 24 in Axialrichtung verschoben wird. Dadurch wird der Fließweg des o. a. Steuerventils 21 bei der Verschiebung des o. a. Antriebskolbens 26 in einer bestimmten Größe geschlossen, wobei auch die Lieferung des Öls zu den o. a. einzelnen Öldruckzylindern 20, 20 gestoppt wird. Folglich handelt es sich bei der Verschiebungsgröße der o. a. einzelnen Zapfen 7, 7 in Axialrichtung nur um eine Verschiebungsgröße der Schiebemuffe 23 aufgrund des o. a. Steuermotors 25.

In der Patentveröffentlichung mit der Nummer HEI 4-69439 wird als zweites Beispiel eines Aufbaus zum Zwecke der Erhöhung der Anzahl der Antriebsrollen 9, 9, mit dem die übertragbare Antriebskraft durch ein stufenloses Toroidalgetriebe erhöht werden soll, ein Aufbau beschrieben, bei dem 2 Paare von Antriebsscheiben und Abtriebsscheiben installiert sind. Wie die Abb. 10 veranschaulicht, wird bei dem Aufbau des zweiten Beispiels an der Innenseite des Gehäuses 5a die Antriebswelle 11 nur bei der Rotation frei gestützt. Die Antriebswelle 11 besteht aus der vorderen Hälfte 11a, die mit der Abtriebswelle etc. der Kupplung verbunden ist, und aus der hinteren Hälfte 11b, deren Rotation in bezug auf die vordere Hälfte 11a beinahe frei ist. 1 Paar der Antriebsscheiben 2, 2 an den beiden Endabschnitten in Axialrichtung (linke und rechte Richtung in der Abb. 10) der hinteren Hälfte 11b werden in einem Zustand, in dem die einzelnen Innenseitenflächen 2a, 2a gegenüberliegend sind, mit Hilfe einer Kugelkeilverzahnung 30, 30 (ball spline) gestützt.

An den beiden Endabschnitten der Schiebemuffe 31, die in der Umgebung des Zwischenabschnitts der o. a. hinteren Hälfte 11b frei rotierend unterstützt wird, wird das 1 Paar der Abtriebsscheiben 4, 4 in dem Zustand gestützt, in dem die Innenseitenflächen 4a, 4a und die Innenseitenflächen 2a, 2a der o. a. einzelnen Antriebsscheiben 2, 2 gegenüberliegen. Die Antriebsrollen 9, 9, welche durch mehrere Zapfen mittels einer Verschiebungsachse frei rotierend gestützt werden, sind zwischen den o. a. einzelnen Innenseitenflächen 2a, 4a eingeklemmt. An der Innenseite des o. a. Gehäuses 5a wird die Abtriebswelle 32 an der gegenüberliegenden Seite zu der o. a. vorderen Hälfte 11a konzentrisch zu der hinteren Hälfte 11b der o. a. Antriebswelle 11 und unabhängig zu der hinteren Hälfte 11b frei rotierend gestützt. Die Rotation der o. a. beiden Abtriebsscheiben 4, 4 wird frei auf die o. a. Abtriebswelle 32 übertragen.

In dem Fall eines stufenlosen Toroidalgetriebes mit dem o. a. Aufbau rotieren im Zuge der Rotation der Antriebswelle 11 die Antriebsscheiben 2, 2 (1 Paar) gleichzeitig. Diese Rotation wird gleichzeitig auf die Abtriebsscheiben 4, 4 (1 Paar) übertragen und von der o. a. Abtriebswelle 32 ausgegeben. Dabei ist die Übertragung der Rotationskraft in 2 parallele Systeme unterteilt und wird insgesamt mit 4 Antriebsrollen 9, 9 durchgeführt, so dass eine große Antriebskraft (Drehmoment) frei übertragen wird.

Bisher ist als Automatikgetriebe für ein Fahrzeug mit permanentem Vierradantrieb, also für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb, bei dem ein stufenloses Toroidalgetriebe mit dem o. a. Aufbau und der o. a. Wirkung verwendet wird und bei dem während der Fahrt die Vorder- und Hinterräder stets rotierend angetrieben werden, ein Produkt bekannt, das in der Patentveröffentlichung mit der Nummer 26 82 090 beschrieben wird. Die dazugehörigen Abbildungen sind hier ausgelassen. Bei dem in dieser Patentveröffentlichung beschriebenem stufenlosen Toroidalgetriebe für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb ist zwischen dem Abtriebsabschnitt der Maschine für den Antrieb und der o. a. stufenlosen Toroidalgetriebeeinheit, die in der Abb. 10 dargestellt ist, ein Planetenradmechanismus, der die Vorwärts-Rückwärts-Umschalteinheit bildet, aufeinanderfolgend in bezug auf die Übertragungsrichtung der Antriebskraft angebracht. Der Aufbau sieht so aus, dass der Abtrieb, welcher aus dem Abtriebszahnrad genommen wird, das synchron mit dem 1 Paar der Abtriebsscheiben rotiert, auf die Antriebswelle für die Vorderräder und die Antriebswelle für die Hinterräder aufgeteilt wird.

In dem Fall eines stufenlosen Toroidalgetriebes für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb, das in der Patentveröffentlichung mit der Nummer 26 82 090 beschrieben ist, besteht die Notwendigkeit, dass zwischen der Antriebswelle für die Vorderräder und der Antriebswelle für die Hinterräder ein Differentialgetriebe (Ausgleichsgetriebe) (sogenanntes Zentraldifferential) angebracht wird, um den Geschwindigkeitsunterschied zwischen den Vorderrädern und den Hinterrädern zu absorbieren, der während der Drehung entsteht. Daher ist dieser Mechanismus sehr kompliziert und von großem Format, so dass eine Gewichtserhöhung nicht zu vermeiden ist.

Unter Berücksichtigung einer solchen Sachlage verwendet die vorliegende Erfindung ein stufenloses Toroidalgetriebe mit dem o. a. Aufbau und der o. a. Wirkung. Die vorliegende Erfindung realisiert ein wirksames Getriebe als Automatikgetriebe für ein Fahrzeug mit einem permanenten Vierradantrieb.

Ganz konkret wird die Verwirklichung eines stufenlosen Toroidalgetriebes für ein Fahrzeug mit einem Vierradantrieb geplant, bei dem die Möglichkeit besteht, ein Zentraldifferential zu vermeiden und dass außerdem ein geringes Gewicht und ein kleines Format besitzt.

Das stufenlose Toroidalgetriebe für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb aus der vorliegenden Erfindung ist mit einer Vorwärts-Rückwärts-Umschalteinheit zum Zwecke der Umschaltung zwischen Vorwärts- und Rückwärtsgang, einer stufenlosen Toroidalgetriebeeinheit zur kontinuierlichen Veränderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Antriebsabschnitt und dem Abtriebsabschnitt, einer Antriebswelle für die Vorderräder, die am Abtriebsabschnitt der stufenlosen Toroidalgetriebeeinheit angebracht ist und die den Abtrieb der stufenlosen Toroidalgetriebeeinheit auf die Antriebswelle der hinteren Seite überträgt, und einer Antriebswelle für die Hinterräder ausgestattet, die den Abtrieb der stufenlosen Toroidalgetriebeeinheit auf die Antriebswelle der hinteren Seite überträgt.

Die o. a. Vorwärts-Rückwärts-Umschalteinheit ist zwischen dem Abtriebsabschnitt des Motors für den Antrieb und der o. a. stufenlosen Toroidalgetriebeeinheit in gerader Linie (aufeinanderfolgend) zur Übertragungsrichtung der Triebkraft angebracht.

Die stufenlose Toroidalgetriebeeinheit besteht, wobei die Innenseitenflächen, welche eine konkave Fläche mit einer bogenförmigen Durchschnittsgestalt darstellen, gegenüberliegen, aus der ersten und zweiten Antriebsscheibe, welche gegenseitig konzentrisch sind und gegenseitig synchron frei rotierend gestützt werden, aus der ersten Abtriebsscheibe, welche konzentrisch zu der ersten und zweiten Antriebsscheibe in dem Zustand ist, in dem die Innenflächen mit einer konkaven Fläche und einer bogenförmigen Durchschnittsgestalt gegenüber zu der Innenfläche der ersten Antriebsscheibe liegen, und welche unabhängig zu der ersten und zweiten Antriebsscheibe frei rotierend gestützt wird, aus der zweiten Abtriebsscheibe, welche konzentrisch zu der o. a. ersten Abtriebsscheibe in dem Zustand ist, in dem die Innenflächen mit einer konkaven Fläche und einer bogenförmigen Durchschnittsgestalt gegenüber zu der Innenfläche der zweiten Antriebsscheibe liegen, und welche unabhängig zu der ersten Abtriebsscheibe und der o. a. ersten und zweiten Antriebsseite frei rotierend gestützt wird, aus mehr als 4 Primärstützachsen (gerade Zahl), welche zwischen der o. a. ersten Antriebsscheibe und der ersten Abtriebsscheibe in der Torsionsposition in bezug auf die Mittelwelle der einzelnen Scheiben vorhanden sind, aus mehreren Primärzapfen, welche die einzelnen Primärstützachsen oszillieren lassen, aus der Primärverschiebungsachse, welche aus der Innenfläche der einzelnen Primärzapfen hervorsteht, aus mehreren Primärantriebsrollen, deren periphere Flächen eine kugelförmige (sphärische) und konvexe Fläche bilden und welche in einem in der Umgebung der einzelnen Primärverschiebungsachsen frei rotierend gestützten Zustand zwischen der Innenfläche der o. a. ersten Antriebsscheibe und der Innenfläche der ersten Abtriebsscheibe eingeklemmt sind, aus mehreren Sekundärantriebsrollen, deren peripheren Flächen eine kugelförmige konvexe Form aufweisen und welche zwischen den mehr als 4 Sekundärstützachsen (gerade Zahl), die sich zwischen der o. a. zweiten Antriebsscheibe und der zweiten Abtriebsseite in einer Torsionsposition zu der Mittelwelle der einzelnen Scheiben befinden, den mehreren Sekundärzapfen, bei denen die einzelnen Sekundärstützachsen oszillieren, den Sekundärverschiebungsachsen, die aus der Innenseitenfläche der einzelnen Sekundärzapfen hervorstehen, und zwischen der Innenseitenfläche der zweiten Abtriebsscheibe und der Innenseitenfläche der o. a. zweiten Antriebsscheibe in dem Zustand, in dem sie in der Umgebung der einzelnen Sekundärverschiebungsachsen frei rotierend gestützt werden, eingeklemmt sind, und aus einer Öldruckbelastungseinheit, die die o. a. erste und zweite Antriebsscheibe sowie die o. a. erste und zweite Abtriebsscheibe und die o. a. einzelnen Primär- und Sekundärantriebsrollen einklemmt, die auf der gegenüberliegenden Seite der o. a. Vorwärts-Rückwärts-Umschalteinheit angebracht ist, die den Kontaktdruck zu den peripheren Flächen der einzelnen Antriebsrollen und den Innenseitenflächen der einzelnen Scheiben erhöhen soll und die die einzelnen Scheiben auf die o. a. Vorwärts- Rückwärts-Umschalteinheit drückt.

Des weiteren werden die o. a. Antriebswellen für die Vorderräder durch die o. a. erste Abtriebsscheibe frei rotierend angetrieben. Außerdem werden die o. a. Antriebswellen für die Hinterräder durch die o. a. zweite Abtriebsscheibe frei rotierend angetrieben.

Die o. a. Antriebswelle für die Vorderräder wird durch die o. a. erste Abtriebsscheibe frei rotierend angetrieben, und die o. a. Antriebswelle für die Hinterräder wird durch die o. a. zweite Abtriebsscheibe frei rotierend angetrieben.

Während des Betriebs des stufenlosen Toroidalgetriebes für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb mit dem o. a. Aufbau aus der vorliegenden Erfindung wird die Antriebswelle für die Vorderräder durch die Antriebskraft rotierend angetrieben, die unter der ersten und zweiten Antriebsscheibe, welche gegenseitig synchron rotieren, mit Hilfe von einzelnen Primärantriebsrollen von der ersten Antriebsscheibe auf die erste Abtriebsscheibe übertragen wird. Durch die Antriebskraft, die von der zweiten Antriebsscheibe mit Hilfe von einzelnen Sekundärantriebsrollen auf die zweite Abtriebsscheibe übertragen wird, wird die Antriebswelle für die Hinterräder angetrieben. Die Regulierung des Flächendrucks der Kontaktstellen zwischen den Innenseitenflächen der einzelnen Scheiben und der peripheren Flächen der einzelnen Antriebsrollen wird dadurch durchgeführt, dass der Öldruck geändert wird, der in die Belastungsanlage eingeführt wird, so dass der Übertragungswirkungsgrad zwischen der o. a. ersten und zweiten Antriebsscheibe und der o. a. ersten und zweiten Abtriebsscheibe beibehalten werden kann.

Bei der Geradeausfahrt eines Fahrzeugs stimmen die Neigungswinkel des ersten und zweiten Zapfens überein, wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle für die Vorderräder und die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle für die Hinterräder übereinstimmen. Dabei stimmt das Übersetzungsverhältnis zwischen der ersten Antriebsscheibe und der ersten Abtriebsscheibe mit dem Übersetzungsverhältnis zwischen der zweiten Antriebsscheibe und der zweiten Abtriebsscheibe überein.

Bei einer Kreisbewegung (Kurvenbewegung) des Fahrzeugs unterscheiden sich die Neigungswinkel des ersten und zweiten Zapfens, wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle für die Vorderräder sich von der Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle für die Hinterräder unterscheidet. Dabei unterscheidet sich das Übersetzungsverhältnis zwischen der ersten Antriebsscheibe und der ersten Abtriebsscheibe von dem Übersetzungsverhältnis zwischen der zweiten Antriebsscheibe und der zweiten Abtriebsscheibe.

Die Abb. 1 bis 4 stellen ein Beispiel der Ausführungsgestalt der vorliegenden Erfindung dar. Das abgebildete Beispiel ist wie folgt aufgebaut. Für einen Aufbau als stufenloses Toroidalgetriebe für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb, das als Fahrzeug groß ist und in das ein Motor eingebaut ist, der ein großes Drehmoment erzeugt, werden zwischen der ersten Antriebsscheibe 33 und der ersten Abtriebsscheibe 34 jeweils 3 Primärantriebsrollen 35, 35 und zwischen der zweiten Antriebsscheibe 36 und der zweiten Abtriebsscheibe 37 jeweils 3 Sekundärantriebsrollen 38 angebracht, so dass durch insgesamt 6 Antriebsrollen 35, 38 die Übertragung der Antriebskraft erfolgt.

Es folgen nun konkrete Erläuterungen zu dem Aufbau der einzelnen strukturellen Bestandteile.

An dem ersten Stufenabschnitt in Übertragungsrichtung der Antriebskraft ist ein Drehmomentwandler 39 angebracht, der die Startklaue (Anfahrkupplung, Startkupplung) bildet. An dem Ausgangsabschnitt des Drehmomentwandlers 39 ist die vordere Hälfte 11a der Antriebswelle 11 eingebaut, welche die stufenlose Toroidalgetriebeeinheit bildet. Im Zuge der Rotation des nicht abgebildeten Motors für die Fahrt wird die vordere Hälfte 11a durch den o. a. Drehmomentwandler 39 rotierend angetrieben. An dem hinteren Endabschnitt der vorderen Hälfte 11a wird die hintere Hälfte 11b der o. a. Antriebswelle 11 mit Hilfe der Radialnadellager 41a, 41b (1 Paar) gegenseitig konzentrisch und relativ frei rotierend gestützt.

Zwischen der o. a. vorderen Hälfte 11a und der hinteren Hälfte 11b ist eine Vorwärts- Rückwärts-Umschalteinheit 42 zum Zwecke des Umschaltens des Vorwärts- und Rückwärtsgangs aufeinanderfolgend (in gerader Linie) in bezug auf die Übertragungsrichtung der Antriebskraft angebracht. Für den Aufbau dieser Vorwärts- Rückwärts-Umschalteinheit 42, die den Planetenradmechanismus bildet, wird auf der äußeren peripheren Fläche des hinteren Endabschnitts der o. a. vorderen Hälfte 11a ein Sonnenrad 43 befestigt. An dem vorderen Endabschnitt der o. a. hinteren Hälfte 11b wird der Träger 44 durch einen Keilzahneingriff gestützt. Der Planetenradsatz 46, 46, der durch mehrere an dem Träger 44 befestigten Planetenwellen 45, 45 frei rotierend gestützt wird, ist im Eingriff mit dem o. a. Sonnenrad 43. An dem Randabschnitt der peripheren Fläche des o. a. Trägers 44 wird das Tellerrad 47 (ring gear) frei rotierend gestützt, wobei das Tellerrad 47 und der o. a. Planetenradsatz 46, 46 im Eingriff sind. Dieser Planetenradsatz 46, 46 besteht jeweils aus 1 Paar Planetenräder, die gegenseitig in Eingriff stehen. Das Planetenrad auf der einen Seite steht mit dem o. a. Sonnenrad 43 und das Planetenrad auf der anderen Seite steht mit dem o. a. Tellerrad 47 in Eingriff. Zwischen der o. a. vorderen Hälfte 11a und dem o. a. Träger 44 ist eine Kupplung für den Vorwärtsgang 48 installiert, die eine Naßlamellenkupplung ist. Zwischen dem nicht abgebildeten Rahmen 50, der in dem Gehäuse befestigt ist, und dem o. a. Tellerrad 47 ist eine Kupplung für den Rückwärtsgang 49 installiert.

Die o. a. Vorwärts-Rückwärts-Umschalteinheit verbindet während der Vorwärtsfahrt die o. a. Kupplung für den Vorwärtsgang 48 und unterbricht die Verbindung zu der o. a. Kupplung für den Rückwärtsgang 49. In diesem Zustand werden die o. a. vordere Hälfte 11a und die hintere Hälfte 11b mit Hilfe der o. a. Kupplung für den Vorwärtsgang 48 und der o. a. Planetenwellen 45, 45 und des o. a. Trägers 44 verbunden, so dass die o. a. hintere Hälfte 11b in derselben Geschwindigkeit und in derselben Richtung rotiert wie die o. a. vordere Hälfte 11a. Demgegenüber verbindet sie während der Rückwärtsfahrt die o. a. Kupplung für den Rückwärtsgang 49 und unterbricht die Verbindung zu der o. a. Kupplung für den Vorwärtsgang 48. In diesem Zustand rotiert die o. a. hintere Hälfte 11b in die entgegengesetzte Richtung bei einer niedrigeren Geschwindigkeit als die o. a. vordere Hälfte 11a. Die Wirkung und der Aufbau der Vorwärts-Rückwärts- Umschalteinheit, die einen Planetenradmechanismus verwendet, sind seit langem bekannt. Außerdem ist der Aufbau an sich nicht auf das abgebildete Beispiel beschränkt. Da es auch noch andere verschiedene Aufbaumöglichkeiten eines Planetenradmechanimus gibt, wird an dieser Stelle eine detaillierte Erläuterung ausgelassen.

In bezug auf die Übertragungsrichtung der Antriebskraft wird an der hinteren Seite der o. a. Vorwärts-Rückwärts-Umschalteinheit 42 eine stufenlose Toroidalgetriebeeinheit 40 installiert, die das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Eingangsabschnitt, der mit dem Ausgangsabschnitt der Vorwärts-Rückwärts-Umschalteinheit 42 verbunden ist, und dem Ausgangsabschnitt, der mit der Antriebswelle für die Vorderräder 51 und mit der Antriebswelle für die Hinterräder 52 verbunden ist, kontinuierlich verändert. Diese stufenlose Toroidalgetriebeeinheit 40 ist in der Umgebung der o. a. hinteren Hälfte 11b installiert. Zu diesem Zweck sind in der Nähe der beiden vorderen und hinteren Endabschnitte der hinteren Hälfte 11b werden eine erste und zweite Antriebsscheibe 33, 36 konzentrisch und synchron frei rotierend in dem Zustand gestützt, in dem sie genau gegenüber den Innenseitenflächen 2a, 2a liegen, die eine bogenförmige konkave Durchschnittsfläche bilden. Zu diesem Zweck steht in dem abgebildeten Beispiel die erste Antriebsscheibe 33, welche an der vorderen Seite (linke Seite in der Abb. 1) angebracht ist, am Bodenendabschnitt mit der Keilwelle in Verzahnung und hemmt die Bewegung zur vorderen Seite. Demgegenüber wird die zweite Antriebsscheibe 36, welche an der hinteren Seite (rechte Seite in der Abb. 1) angebracht ist, an dem hinteren Endabschnitt der o. a. hinteren Hälfte 11b durch eine Kugelkeilverzahnung 30 (ball spline) gestützt. Durch die Öldruckbelastungsanlage 53 wird die o. a. zweite Antriebsscheibe 36 in Richtung der o. a. ersten Antriebsscheibe 33 frei gedrückt.

In dem abgebildeten Fall sind bei der o. a. Belastungsanlage 53 1 Paar Öldruckzylinder 54a, 54b und Öldruckkolben 55a, 55b aufeinanderfolgend in Axialrichtung und parallel zu der Übertragungsrichtung der Kraft installiert, die eine große Druckkraft mit einem kleinen Durchmesser erzeugen sollen. Wenn die Druckkraft erzeugt wird, wird in das Innere der Öldruckkammer 56a, 56b (1 Paar) Öl eingeführt. Im Zuge der Öleinführung in die eine Öldruckkammer 56a (rechts in der Abb. 1) wird die o. a. zweite Antriebsscheibe 36 mittels einer Zylinderlaufbüchse 57 (cylinder tube, cylinder sleeve) auf die o. a. erste Antriebsscheibe 33 gedrückt. Gleichzeitig wird im Zuge der Öleinführung in die andere Öldruckkammer 56b (links in der Abbildung) die o. a. zweite Antriebsscheibe 36 direkt auf die o. a. erste Antriebsscheibe 33 gedrückt. Die Kraft infolge der Öleinführung in die o. a. beiden Öldruckkammern 56a, 56b wirkt sich addierend auf die o. a. zweite Antriebsscheibe 36 aus. Folglich erzeugt die o. a. Belastungsanlage 53 eine große Druckkraft bei einem kleinen Durchmesser. Im Inneren der o. a. einen Öldruckkammer 56b ist eine Vordruckfeder 58 wie z. B. eine Tellerplattenfeder etc. installiert, so dass auch in dem Zustand, in dem kein Öl in das Innere der o. a. beiden Öldruckkammern 56a, 56b eingeführt wird, der Flächendruck an den Kontaktstellen zwischen den Innenseitenflächen 2a, 4a der o. a. einzelnen Scheiben 33, 34, 36, 37 und der peripheren Flächen 9a, 9a der o. a. einzelnen Antriebsrollen 35, 38 minimal beibehalten werden kann.

In der Umgebung des Mittelabschnitts der o. a. hinteren Hälfte 11b ist ein Stützrohr 59 konzentrisch zu der hinteren Hälfte 11b installiert. Dieses Stützrohr 59 stützt und fixiert durch den Endabschnitt an der Innendurchmesserseite der Verankerung 61, 61 (stay), bei denen die Endabschnitte der Außendurchmesserseite an dem noch zu erläuternden Stützring 60, 60 gestützt und befestigt werden, die beiden Endabschnitte. Zwischen der äußeren peripheren Fläche des Zwischenabschnitts der o. a. hinteren Hälfte 11b und der inneren peripheren Fläche der beiden Endabschnitte des o. a. Stützrohrs 59 sind jeweils Radialnadellager 62, 62 angebracht. Die o. a. hintere Hälfte 11b wird an der Innenseite des o. a. Stützrohrs 59 frei verschiebbar in Rotations- und Axialrichtung gestützt.

In der Umgebung des o. a. Stützrohrs 59 werden die o. a. erste und zweite Abtriebsscheiben 34, 37 durch Radialnadellager 63, 63 frei verschiebbar in Rotations- und Axialrichtung gestützt. Zwischen den beiden Endflächen, die gegenüber den o. a. ersten und zweiten Abtriebsscheiben 34, 37 liegen, wird ein Axialnadellager 64 angebracht, so dass die Schubbelastung (Axialbelastung), die auf den Zwischenraum zwischen den beiden Abtriebsscheiben 34, 37 ausgeübt wird, unterstützt wird und eine relative Rotation der beiden Abtriebsscheiben 34, 37 frei ermöglicht wird.

An der Seite der Außenseitenfläche der o. a. ersten Abtriebsscheibe 34 wird das Primärabtriebszahnrad 65 befestigt. Das Primärabtriebszahnrad 65 und die o. a. Antriebswelle für die Vorderräder 51 werden durch ein Nachfolgezahnrad für die Vorderräder 67 (Schleppzahnrad) miteinander verbunden. Durch die o. a. erste Abtriebsscheibe 34 wird die o. a. Antriebswelle für die Vorderräder 51 frei rotierend angetrieben. Die Rotation der Antriebswelle für die Vorderräder 51 wird mittels eines Differentialgetriebes 68 für die Vorderräder auf die nicht abgebildeten Vorderräder frei übertragen.

An der Seite der Außenseitenfläche der o. a. zweiten Abtriebsscheibe 37 wird das Sekundärabtriebszahnrad 69 befestigt. Das Sekundärabtriebszahnrad 69 und die o. a. Antriebswelle für die Hinterräder 52 werden durch ein Nachfolgezahnrad für die Hinterräder 70 miteinander verbunden. Durch die o. a. zweite Abtriebsscheibe 37 wird die o. a. Antriebswelle für die Hinterräder 52 frei rotierend angetrieben. Die Rotation der Antriebswelle für die Hinterräder 52 wird mittels eines Differentialgetriebes auf die nicht abgebildeten Hinterräder frei übertragen. Die Mittelwelle der o. a. Antriebswelle für die Vorderräder 51 und die Mittelwelle der o. a. Antriebswelle für die Hinterräder 52 stimmen nicht miteinander überein. Die Positionierung der beiden Antriebswellen 51, 52 kann unter Berücksichtigung der Platzausnutzung optimal ausgewählt werden.

Zwischen der Innenseitenfläche 2a der o. a. ersten Antriebsscheibe 33 und der Innenseitenfläche 4a der o. a. ersten Abtriebsscheibe 34 sind die o. a. drei Primärantriebsrollen 35, 35 und zwischen der Innenseitenfläche 2a der o. a. zweiten Antriebsscheibe 36 und der Innenseitenfläche 4a der o. a. zweiten Abtriebsscheibe 37 sind die o. a. drei Sekundärantriebsrollen 38 eingespannt. Diese Primär- und Sekundärantriebsrollen 35, 38 werden auf der Innenseitenfläche der einzelnen Primär- und Sekundärzapfen 71, 72 frei rotierend gestützt. Diese einzelnen Primär- und Sekundärzapfen 71, 72 kreuzen sich nicht mit den Mittelwellen der o. a. einzelnen Scheiben 33, 34, 36, 37, die konzentrisch an den beiden Endabschnitten angebracht sind, doch die einzelnen Primär- und Sekundärstützachsen 73 (die Sekundärstützachse ist nicht abgebildet) geraten in Schwingung, die in bezug auf die Richtung der Mittelwellen der einzelnen Scheiben 33, 34, 36, 37 in der Position der Torsion vorhanden sind, welche eine rechtwinklige Richtung oder eine dem rechten Winkel nahekommende Richtung bildet. Die o. a. Primär- und Sekundärzapfen 71, 72 werden an den beiden Endabschnitten der einzelnen Sekundärschwingungsrahmen 74, 75 durch die Radialnadellager 76, 76 frei schwingend und verschiebbar gestützt.

Der Zwischenabschnitt der o. a. Primär- und Sekundärschwingungsrahmen 74, 75 wird auf dem o. a. Stützring 60, 60 frei schwingend und verschiebbar gestützt, wobei der Mittelpunkt auf den Stützachsen 77, 77 liegt, die parallel zu der Mittelwelle der einzelnen Scheiben 33, 34, 36, 37 angeordnet ist. Außerdem sind die o. a. Primär- und Sekundärschwingungsrahmen 74, 75 aufgrund der Öldruckzylinder 78a, 78b frei schwingend und verschiebbar, welche zwischen den beiden Endabschnitten der einzelnen Schwingungsrahmen 74, 75 und des o. a. einzelnen Stützringen 60, 60 installiert sind. Das Steuerventil 21a zum Zwecke der Versorgung der einzelnen Öldruckzylinder 78a, 78b mit Öl wird von den o. a. einzelnen Stützringen 60, 60 gestützt. Wenn die o. a. einzelnen Schwingungsrahmen 74, 75 durch die Versorgung der o. a. einzelnen Öldruckzylinder 78a, 78b mit Öl sich schwingend verlagern, wird durch die Nockenfläche 79, die an der Außenseitenfläche der auf den einzelnen Schwingungsrahmen 74, 75 gestützten Zapfen 71, 72 angebracht sind, das Stirnrad 24a des Steuerventils 21a über einen zu dem o. a. Steuerventil 21a zugehörigen Plunger 80 verschoben, so dass die Umschaltung des o. a. Steuerventils 21a erfolgt. Damit das gewünschte Übersetzungsverhältnis während der Gangwechsels realisiert werden kann, wird die Schiebemuffe 23a, welche zusammen mit dem Stirnrad 24a das Steuerventil 21a bildet, durch den Steuermotor 25a auf eine bestimmte Position verschoben. In bezug auf ein solches Steuerventil 21a und einen solchen Steuermotor 25a werden 1 Bauteil seitlich des Primärhohlraums 83, der inklusive der ersten Antriebsscheibe 33 und der ersten Abtriebsscheibe 34 gebildet wird, und 1 Bauteil seitlich des Sekundärhohlraums 84, der inklusive der zweiten Antriebsscheibe 36 und der zweiten Abtriebsscheibe 37 gebildet wird, somit also 2 Bauteile in einer stufenlosen Toroidalgetriebeeinheit installiert. Durch den Steuermotor 25a an der Seite des Primärhohlraums 83 wird das Steuerventil 21a an der Seite des Primärhohlraums 83 und durch den Steuermotor 25a an der Seite des Sekundärhohlraums 84 wird das Steuerventil 21a an der Seite des Sekundärhohlraums 84 basierend aus den Befehlssignalen aus dem nicht abgebildeten Steuergerät, in das ein Mikrocomputer eingebaut ist, synchron (im Falle der Geradeausfahrt) oder gegenseitig unabhängig voneinander (im Falle des Abbiegens) gesteuert.

Während der Geschwindigkeitsveränderung (Gangwechsel) dehnt sich unter den Öldruckzylindern 78a, 78b, die zu jeweils 2 Paaren (4 Stück an jedem Schwingungsrahmen, insgesamt 24 Stück in der gesamten stufenlosen Toroidalgetriebeeinheit) an den o. a. einzelnen Schwingungsrahmen 74, 75 angebracht sind, der Öldruckzylinder 78a (78b) aus, der an der einen Endseite in Längsrichtung der o. a. einzelnen Schwingungsrahmen 74, 75 angebracht ist, wohingegen sich gleichzeitig der andere Öldruckzylinder 78b (78a) zusammenzieht, so dass die o. a. einzelnen Schwingungsrahmen 74, 75 in der bestimmten Richtung nur um eine bestimmte Menge schwingend verlagert werden. Die o. a. einzelnen Schwingungsrahmen 74, 75 werden frei verschiebbar und schwingend durch die o. a. einzelnen Stützachsen 77, 77 gestützt, die den Zwischenraum zwischen den jeweiligen Paaren der Stützringe 60, 60 überbrücken, die in einem gewissen Abstand voneinander parallel zueinander angeordnet sind. Die o. a. Öldruckzylinder 78a, 78b sind an den Positionen angebracht, die an einem Teil der einzelnen o. a. Stützringe 60, 60 an den beiden Endabschnitten der o. a. einzelnen Schwingungsrahmen 74, 75 eingepasst sind. Weiterhin werden die Kolben 81a, 81b, welche an den o. a. einzelnen Öldruckzylindern 78a, 78b angebracht sind, mit den Stangen 82a, 82b verbunden, die an den beiden Endabschnitten der o. a. einzelnen Schwingungsrahmen 78a, 78b befestigt sind.

Für einen solchen Aufbau werden basierend auf der Versorgung der o. a. einzelnen Öldruckzylinder 78a, 78b mit Öl die o. a. einzelnen Primär- und Sekundärschwingungsrahmen 74, 75 in einer bestimmten Richtung nur in einer bestimmten Menge schwingend verlagert. Dadurch verlagern sich die o. a. Primär- und Sekundärzapfen 71, 72, die von den einzelnen Schwingungsrahmen 74, 75 gestützt werden, fast in die Axialrichtung der o. a. Primär- und Sekundärstützachse 73 (tatsächlich handelt es sich um eine bogenförmige Bewegung mit Schwerpunkt auf die o. a. einzelnen Stützachsen 77, 77). Ähnlich wie in dem Fall eines herkömmlichen Aufbaus, der in den zuvor erläuterten Abb. 7 und 8 abgebildet ist, verändert sich die Neigung der Kraft in Tangentialrichtung unter Einwirkung auf die Kontaktstellen zwischen den peripheren Flächen 9a, 9a der o. a. einzelnen Antriebsrollen 35, 38 und den Innenseitenflächen 2a, 4a der o. a. einzelnen Scheiben 33, 34, 36, 37. Infolge der Veränderungen in der Neigung der Kraft schwingen die o. a. Primär- und Sekundärzapfen 71, 72 mit Schwerpunkt auf die einzelnen Primär- und Sekundärstützachsen 73, welche von den o. a. einzelnen Primär- und Sekundärschwingungsrahmen 74, 75 gestützt werden, gegenseitig in entgegengesetzter Richtung, wobei sich, wie in den zuvor erläuterten Abb. 5 und 6 dargestellt ist, die Kontaktposition zwischen der peripheren Fläche 9a, 9a der o. a. einzelnen Primär- und Sekundärantriebsrollen 35, 38 und den o. a. einzelnen Innenseitenflächen 2a, 4a verändert. Dabei verändert sich ebenfalls die Rotationsgeschwindigkeitsrate zwischen den einzelnen ersten und zweiten Antriebsscheiben 33, 36 und den einzelnen ersten und zweiten Abtriebsscheiben.

In dem abgebildeten Beispiel werden in bezug auf die Verlagerungsachsen 8a, 8a zum Zwecke der Abstützung der o. a. einzelnen Primär- und Sekundärantriebsrollen 35, 38 in bezug auf die o. a. Primär- und Sekundärzapfen 71, 72 Achsen mit einer geradlinigen Form verwendet, die nicht besonders exzentrisch zu der unteren und oberen Hälfte sind. Die vorderen Endabschnitte der o. a. einzelnen Verlagerungsachsen 8a, 8a werden in eine Position eingepasst, die von dem Mittelpunkt der Außenräder 16a, 16a entfernt ist, welche das Axialkugellager 14a, 14a bilden. Die o. a. Primär- und Sekundärantriebsrollen 35, 38 bilden eine runde Schüsselform ohne Öffnung. Da sie einen Kontaktwinkel zu dem o. a. Axialkugellager 14a, 14a besitzen (angular contact) wird neben der Axialbelastung, die auf das o. a. Axialkugellager 14a, 14a ausgeübt wird, auch die Radialbelastung unterstützt. Durch einen solchen Aufbau können die o. a. einzelnen Primär- und Sekundärantriebsrollen 35, 38 in einer bestimmten Position frei rotieren. Außerdem können sie in Axialrichtung der o. a. einzelnen Scheiben 33, 34, 36, 37 frei verschiebbar gestützt werden. Der Aufbau der Abschnitte, die die o. a. einzelnen Primär- und Sekundärantriebsrollen 35, 38 stützen, sind nicht Kernpunkt der vorliegenden Erfindung. Der Aufbau dieser Abschnitte ist nicht auf das abgebildete Beispiel beschränkt und kann so aufgebaut werden wie in dem herkömmlichen Aufbau, der in den zuvor erläuterten Abb. 7 bis 10 dargestellt ist.

Während des Betriebs des stufenlosen Toroidalgetriebes für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb aus der vorliegenden Erfindung mit dem o. a. Aufbau wird die o. a. Antriebsachse 51 für die Vorderräder durch die Antriebskraft rotierend angetrieben, die unter den beiden ersten und zweiten Antriebsscheiben 33, 36, welche zusammen mit der hinteren Hälfte 11b der o. a. Antriebswelle 11 synchron rotieren, von der ersten Antriebsscheibe 33 mittels der o. a. Primär- und Sekundärantriebsrollen 35, 38 auf die o. a. erste Abtriebsrolle 34 übertragen wird. Die Antriebswelle 52 für die Hinterräder wird durch die Antriebskraft rotierend angetrieben, die von der zweiten Antriebsscheibe 36 mittels der o. a. einzelnen Sekundärantriebsrollen 38 auf die o. a. zweite Abtriebsscheibe 37 übertragen wird.

Der Flächendruck der Kontaktstellen zwischen den Innenseitenflächen 2a, 4a der einzelnen Scheiben 33, 34, 36, 37 und der peripheren Flächen 9a, 9a der o. a. Primär- und Sekundärantriebsrollen 35, 38 wird dadurch einfach reguliert, dass der Öldruck geändert wird, der in die einzelnen Öldruckkammern 56a, 56b eingeführt wird, die die o. a. Öldruckbelastungsanlage 53 bilden, wobei der Übertragungswirkungsgrad zwischen den o. a. einzelnen ersten und zweiten Antriebsscheiben 33, 36 und den o. a. einzelnen ersten und zweiten Abtriebsscheiben 34, 37 beibehalten werden soll. In dem Fall eines Getriebes für ein Fahrzeug mit permanentem Vierradantrieb kann es vorkommen, dass je nach Fahrbedingungen das Drehmoment, welches auf die Vorderräder verteilt wird, und das Drehmoment, welches auf die Hinterräder verteilt wird, verschieden sind. Da in dem Fall der vorliegenden Erfindung die Regulierung des o. a. Flächendrucks mit Hilfe der o. a. Öldruckbelastungsanlage 53 durchgeführt wird, kann die Erteilung eines optimalen Flächendrucks entsprechend der jeweiligen Bedingungen erfolgen.

Wenn bei einem Fahrzeug in einer Geradeausfahrt die Rotationsgeschwindigkeit der Vorderräder mit der Rotationsgeschwindigkeit der Hinterräder übereinstimmen soll und wenn die Rotationsgeschwindigkeit der o. a. Antriebswelle 51 für die Vorderräder mit der Rotationsgeschwindigkeit der o. a. Antriebswelle 52 für die Hinterräder übereinstimmt, werden basierend auf die Versorgung der o. a. einzelnen Öldruckzylinder 78a, 78b mit Öl der Schwingungswinkel der o. a. Primär- und Sekundärschwingungsrahmen 74, 75 mit Schwerpunkt auf die o. a. Stützachsen 77, 77 und der Neigungswinkel der einzelnen Primär- und Sekundärzapfen 71, 72 mit Schwerpunkt auf die o. a. einzelnen Primär- und Sekundärstützachsen 73, die von den einzelnen Schwingungsrahmen 74, 75 gestützt werden, in Übereinstimmung gebracht. Es werden dann das Übersetzungsverhältnis zwischen der o. a. ersten Antriebsscheibe 33 und der o. a. ersten Abtriebsscheibe 34 und das Übersetzungsverhältnis zwischen der o. a. zweiten Antriebsscheibe 36 und der o. a. zweiten Abtriebsscheibe 37 in Übereinstimmung gebracht.

Wenn sich das Fahrzeug in einem Wendevorgang befindet und wenn im Vergleich zu der Rotationsgeschwindigkeit der o. a. Vorderräder die Rotationsgeschwindigkeit der o. a. Hinterräder verzögert werden soll, unterscheiden sich im Zuge der Verzögerung der Rotationsgeschwindigkeit der o. a. Antriebswelle für die Hinterräder 52 im Vergleich zu der Rotationsgeschwindigkeit der o. a. Antriebswelle für die Vorderräder 51 das Übersetzungsverhältnis der o. a. einzelnen Primärzapfen 71, 71 und der Neigungswinkel der o. a. einzelnen Sekundärzapfen 72. Konkret heißt dies, dass im Vergleich zur Geschwindigkeitsverringerungsrate zwischen der o. a. ersten Antriebsscheibe 33 und der o. a. ersten Abtriebsscheibe 34 die Geschwindigkeitsverringerungsrate zwischen der o. a. zweiten Antriebsscheibe 36 und der o. a. zweiten Abtriebsscheibe 37 vergrößert wird. Dadurch entsteht auch ohne die Installation eines Zentraldifferentialgetriebes kein übermäßiges Rutschen zwischen den Vorder- und Hinterrädern und der Fahrbahnfläche, so dass das Fahrzeug sicher und stabil gefahren werden kann.

Da die vorliegende Erfindung den o. a. Aufbau und die o. a. Wirkung aufweist, kann nicht nur eine Gewichtsreduzierung und ein kleineres Modell eines stufenlosen Toroidalgetriebes für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb umgesetzt werden, sondern auch die Installation eines zentralen Differentialgetriebes ist nicht mehr erforderlich. Dadurch kann eine Gewichtsreduzierung eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb mit einem Automatikgetriebe erreicht werden, so dass dieses auch zu einer Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs und der Antriebsleistung führt. Außerdem kann durch die Positionierung einer Vorwärts-Rückwärts-Umschalteinheit sowie einer Belastungsanlage der Freiheitsgrad in der Positionierung der einzelnen Antriebsachsen erhöht werden, so dass dadurch der Entwurf eines Fahrzeugs vereinfacht wird. Darüber hinaus wird für die Belastungsanlage ein Öldrucksystem verwendet, wodurch auch bei einem stufenlosen Toroidalgetriebe für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb, bei dem die Regelung der Belastung sehr kompliziert ist, eine optimale Belastungseinstellung erfolgen kann. Dadurch können auch bei verschiedenen Bedingungen eine Antriebskraftübertragung mit einem optimalen Wirkungsgrad sowie eine Gewährleistung der Ermüdungslebenszeit der einzelnen Bauteile erzielt werden.

Die Erfindung läßt sich anhand von Ausführungsbeispielen erläutern, die in den folgenden Abbildungen dargestellt sind. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine Durchschnittsansicht aller erforderlichen Bauteile des Getriebe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine Durchschnittsansicht A-A der Fig. 1,

Fig. 3 eine Durchschnittsansicht B-B der Fig. 1,

Fig. 4 eine Durchschnittsansicht, die den Zustand darstellt, in dem die mit der Fig. 3 fast identischen Bauteile flach zergliedert sind (inklusive der Mittelachse der Primärachse, die an den beiden Endabschnitten des Primärzapfens angebracht ist),

Fig. 5 eine Seitenansicht, in der der grundlegende Aufbau eines bisher bekannten stufenlosen Toroidalgetriebes in dem Zustand einer maximalen Geschwindigkeitsreduzierung dargestellt wird,

Fig. 6 eine Seitenansicht, in der dasselbe Getriebe in dem Zustand einer maximalen Geschwindigkeitserhöhung dargestellt wird,

Fig. 7 eine Durchschnittsansicht, die ein Beispiel eines herkömmlichen konkreten Aufbaus darstellt,

Fig. 8 eine Durchschnittsansicht C-C der Fig. 7,

Fig. 9 eine Vorderansicht der erforderlichen Bauteile, die das erste Beispiel eines Aufbaus, der bisher bekannt ist und bei dem die übertragbare Antriebskraft erhöht wird, in dem Zustand darstellt, in dem ein Teil aufgeschnitten ist, und

Fig. 10 eine partielle Durchschnittsansicht, die das zweite Beispiel darstellt.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Antriebswelle

2

Antriebsscheibe

2

a Innenseitenfläche

3

Abtriebswelle

4

Abtriebsscheibe

4

a Innenseitenfläche

5

,

5

a Gehäuse

6

Stützachse

7

Zapfen (trunnion)

8

,

8

a Verlagerungsachse

9

Antriebsrolle

9

a periphere Fläche

10

Belastungsnockenvorrichtung

11

Antriebswelle

11

a vordere Hälfte

11

b hintere Hälfte

12

Abtriebszahnrad

13

Stützplatte

14

,

14

a Axialkugellager

15

Axialnadellager

16

,

16

a Außenrad

17

Aktuator

18

Rahmen

19

Stützteil

20

Öldruckzylinder

21

,

21

a Steuerventil

22

Pumpe

23

,

23

a Schiebemuffe (sleeve)

24

,

24

a Stirnrad (spur)

25

,

25

a Steuermotor

26

Antriebskolben

27

Ölauffang

28

Nocken

29

Gelenk (link)

30

Kugelkeilverzahnung (ball spline)

31

Schiebemuffe (sleeve)

32

Abtriebswelle

33

Erste Antriebsscheibe

34

Erste Abtriebsscheibe

35

Primärantriebsrolle

36

Zweite Antriebsscheibe

37

Zweite Abtriebsscheibe

38

Sekundärantriebsrolle

39

Drehmomentwandler

40

Stufenlose Toroidalgetriebeeinheit

41

a,

41

b Radialnadellager

42

Vorwärts-Rückwärts-Umschalteinheit

43

Sonnenrad

44

Träger

45

Planetenrad

46

Plantenradsatz

47

Tellerrad

48

Kupplung für Vorwärtsgang

49

Kupplung für Rückwärtsgang

50

Rahmen

51

Antriebswelle für die Vorderräder

52

Antriebswelle für die Hinterräder

53

Belastungsanlage

54

a,

54

b Öldruckzylinder

55

a,

55

b Öldruckkolben

56

a,

56

b Öldruckkammer

57

Zylinderlaufbüchse (Zylinderrohr)

58

Vordruckfeder

59

Stützrohr

60

Stützring

61

Verankerung (stay)

62

Radialnadellager

63

Radialnadellager

64

Axialnadellager

65

Primärabtriebszahnrad

67

Nachfolgezahnrad für die Vorderräder

68

Differentialgetriebe für die Vorderräder

69

Sekundärabtriebszahnrad

70

Nachfolgezahnrad für die Hinterräder

71

Primärzapfen

72

Sekundärzapfen

73

Primärstützachse

74

Primärschwingungsrahmen

75

Sekundärschwingungsrahmen

76

Radialnadellager

77

Stützachse

78

a,

78

b Öldruckzylinder

79

Nockenfläche

80

Plunger

81

a,

81

b Kolben

82

a,

82

b Stange (Strebe)

83

Primärhohlraum

84

Sekundärhohlraum
Übersetzungsvarianten zu:

Fig.

1

39

(Drehmomentwandler)

40

(Stufenlose Toroidalgetriebeeinheit)

42

(Vorwärts-Rückwärts-Umschalteinheit)

8

a (Verlagerungsachse)

71

(Primärzapfen)

35

(Primärantriebsrolle)

72

(Sekundärzapfen)

38

(Sekundärantriebsrolle)

53

(Belastungsvorrichtung)

52

(Antriebswelle für die Hinterräder)

36

(Zweite Antriebsscheibe)

37

(Zweite Abtriebsscheibe)

51

(Antriebsachse für die Vorderräder)

34

(Erste Abtriebsscheibe)

33

(Erste Antriebsscheibe)

Claims (2)

1. Es handelt sich um ein stufenloses Toroidalgetriebe für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb, das die folgenden Merkmale aufweist. Es ist mit einer Vorwärts- Rückwärts-Umschalteinheit zum Zwecke der Umschaltung zwischen Vorwärts- und Rückwärtsgang, einer stufenlosen Toroidalgetriebeeinheit zur kontinuierlichen Veränderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Antriebsabschnitt und dem Abtriebsabschnitt, einer Antriebswelle für die Vorderräder, die am Abtriebsabschnitt der stufenlosen Toroidalgetriebeeinheit angebracht ist und die den Abtrieb der stufenlosen Toroidalgetriebeeinheit auf die Antriebswelle der hinteren Seite überträgt, und einer Antriebswelle für die Hinterräder besteht, die den Abtrieb der stufenlosen Toridalgetriebeeinheit auf die Antriebswelle der hinteren Seite überträgt.
Die o. a. Vorwärts-Rückwärts-Umschalteinheit ist zwischen dem Abtriebsabschnitt des Motors für den Antrieb und der o. a. stufenlosen Toroidalgetriebeeinheit in gerader Linie zur Übertragungsrichtung der Triebkraft angebracht.
Die stufenlose Toroidalgetriebeeinheit besteht, wobei die Innenseitenflächen, welche eine konkave Fläche mit einer bogenförmigen (kreisbogenförmigen) Durchschnittsgestalt darstellen, gegenüberliegen, aus der ersten und zweiten Antriebsscheibe, welche gegenseitig konzentrisch sind und gegenseitig synchron frei rotierend gestützt werden, aus der ersten Abtriebsscheibe, welche konzentrisch zu der ersten und zweiten Antriebsscheibe in dem Zustand ist, in dem die Innenflächen mit einer konkaven Fläche und einer bogenförmigen Durchschnittsgestalt gegenüber der Innenfläche der ersten Antriebsscheibe liegen, und welche unabhängig zu der ersten und zweiten Antriebsscheibe frei rotierend gestützt wird, aus der zweiten Abtriebsscheibe, welche konzentrisch zu der o. a. ersten Abtriebsscheibe in dem Zustand ist, in dem die Innenflächen mit einer konkaven Fläche und einer bogenförmigen Durchschnittsgestalt gegenüber zu der Innenfläche der zweiten Antriebsscheibe liegen, und welche unabhängig zu der ersten Abtriebsscheibe und der o. a. ersten und zweiten Antriebsseite frei rotierend gestützt wird, aus mehr als 4 Primärstützachsen (Primärachsen, Primärdrehzapfen, Primärspindel, pivot) (gerade Zahl), welche zwischen der o. a. ersten Antriebsscheibe und der ersten Abtriebsscheibe in der Torsionsposition in bezug auf die Mittelwelle der einzelnen Scheiben vorhanden sind, aus mehreren Primärzapfen (Primärdrehzapfen, trunnion), welche die einzelnen Primärstützachsen oszillieren (schwingen) lassen, aus der Primärverschiebungsachse, welche aus der Innenfläche der einzelnen Primärzapfen hervorsteht, aus mehreren Primärantriebsrollen (primary power roller), deren periphere Flächen eine kugelförmige (sphärische) und konvexe Fläche bilden und welche in einem in der Umgebung der einzelnen Primärverschiebungsachsen frei rotierend gestützten Zustand zwischen der Innenfläche der o. a. ersten Antriebsscheibe und der Innenfläche der ersten Abtriebsscheibe eingeklemmt sind, aus mehreren Sekundärantriebsrollen, deren peripheren Flächen eine kugelförmige konvexe Form aufweisen und welche zwischen den mehr als Sekundärstützachsen (gerade Zahl), die sich zwischen der o. a. zweiten Antriebsscheibe und der zweiten Abtriebsseite in einer Torsionsposition zu der Mittelwelle der einzelnen Scheiben befinden, den mehreren Sekundärzapfen, bei denen die einzelnen Sekundärstützachsen oszillieren, den Sekundärverschiebungsachsen, die aus der Innenseitenfläche der einzelnen Sekundärzapfen hervorstehen, und zwischen der Innenseitenfläche der zweiten Abtriebsscheibe und der Innenseitenfläche der o. a. zweiten Antriebsscheibe in dem Zustand, in dem sie in der Umgebung der einzelnen Sekundärverschiebungsachsen frei rotierend gestützt werden, eingeklemmt sind, und aus einer Öldruckbelastungseinheit (loading unit), die die o. a. erste und zweite Antriebsscheibe sowie die o. a. erste und zweite Abtriebsscheibe und die o. a. einzelnen Primär- und Sekundärantriebsrollen einklemmt, die auf der gegenüberliegenden Seite der o. a. Vorwärts-Rückwärts-Umschalteinheit angebracht ist, die den Kontaktdruck zu den peripheren Flächen der einzelnen Antriebsrollen und den Innenseitenflächen der einzelnen Scheiben erhöhen soll und die die einzelnen Scheiben auf die o. a. Vorwärts-Rückwärts-Umschalteinheit drückt.
Des weiteren werden die o. a. Antriebswellen für die Vorderräder durch die o. a. erste Abtriebsscheibe frei rotierend angetrieben. Außerdem werden die o. a. Antriebswellen für die Hinterräder durch die o. a. zweite Abtriebsscheibe frei rotierend angetrieben.

2. Es handelt sich um ein in dem Anspruch 1 beschriebene stufenlose Toroidalgetriebe für ein Fahrzeug mit einem Vierradantrieb, bei dem die Mittelwelle der Antriebswellen für die Vorderräder nicht mit der Mittelwelle der Antriebswellen für die Hinterräder übereinstimmt.