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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
Toroidgetriebe, insbesondere ein Toroidgetriebe in Drei-Roller-
Bauweise gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein derartiges Toroidgetriebe weist üblicherweise
koaxial zu einer gemeinsamen Welle angeordnete Eingangs- und
Ausgangsscheiben auf, die paarweise zueinander angeordnet
sind und deren Innenflächen toroidförmig ausgestaltet sind
sowie zwischen den Paaren von Eingangs- und
Ausgangsscheiben angeordnete Reibräder. Diese Reibräder stehen sowohl
mit den Eingangsscheiben als auch mit den Ausgangsscheiben
in Reibkontakt und übertragen das ihnen von der
Eingangsscheibe übertragene Drehmoment auf die Ausgangsscheibe
durch reibschlüssigen Kontakt. Dabei ist die Drehzahl der
Reibräder um so höher, je größer der Abstand zwischen
dieser Berührungsstelle mit der Eingangsscheibe und der
Drehachse ist. Die Drehzahl der Ausgangsscheibe hingegen ist um
so größer je näher die Berührungsstelle zwischen Reibrad
und Ausgangsscheibe an der Drehachse liegt. Durch
Verschwenken der Reibräder kann demzufolge die Drehzahl der
Ausgangsscheibe stufenlos und beliebig eingestellt werden.
Zu diesem Zweck sind die Drehachsen der Reibräder an einem
Träger gelagert, der über eine Verstelleinrichtung
ansteuerbar ist.
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Heutzutage werden vielfach Toroidgetriebe in Drei-
Roller-Bauweise eingesetzt, da durch eine erhöhte Anzahl an
Reibrollen die Belastung auf jede einzelne Reibrolle
vermindert werden kann. Hierfür sind zwischen der Eingangs-
und Ausgangsscheibe drei Reibräder vorgesehen, die von
Radträgern gestützt werden. Drei y-förmige Schwenkglieder sind
drehbar auf einem dreigliedrigen Stern gelagert, der mit
einem Gehäuse des Getriebes verbunden ist. Jeder der
Radträger ist mit zwei Schwenkgliedern gekoppelt, d. h. er ist
mit einem Ende an einem Arm eines ersten Schwenkgliedes und
mit dem anderen Ende an einen Arm eines zweiten
Schwenkgliedes beweglich verbunden. Ein Wechsel in ein gewünschtes
Übersetzungsverhältnis wird durch Schwenken der
Schwenkglieder eingeleitet, wodurch die Radträger gekippt werden
und die Reibräder sich relativ zur Eingangs- und
Ausgangsscheibe neigen.
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Zum Steuern der Reibräder kann ein hydraulisches
Steuersystem verwendet werden. Hierfür ist jeder Radträger mit
einem Hydraulikkolben verbunden, der über ein
Hydrauliksystem verstellbar ist, sodass eine Kraft auf die Träger
ausgeübt und eine Reibradneigung hervorgerufen werden kann.
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Bei herkömmlichen Toroidgetrieben sind die Reibräder
in den Radträgern jeweils durch Stützwellen gelagert. Dabei
steht jede der Stützwellen in eine Mittelbohrung vor, die
in dem jeweiligen Reibrad ausgebildet ist, und weist einen
exzentrischen Bereich auf, der in eine Bohrung hervorsteht,
die in dem jeweiligen Radträger ausgebildet ist. Zum
radialen Stützen der Stützwelle in dem Bereich der Mittelbohrung
und in dem exzentrischen Bereich sind jeweils Nadellager
vorgesehen. Zur Aufnahme eines radial auswärts gerichteten
Drucks entlang der Stützwelle sind in einem äußeren Bereich
der Reibräder Kugellager angeordnet.
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Durch die starken Stellmomente beim Verändern der
Drehzahlverhältnisse, die hohen Anpresskräfte, die zur
Übertragung der Drehmomente notwendig sind und die
Elastizität der verwendeten Bauteile, werden hohe Anforderungen
an die Verbindung zwischen den Radträgern und den
Schwenkgliedern gestellt. Ein Teil der erforderlichen
Ausgleichsbewegung kann über den Exzenter und das Nadellager des
Radträgers oder durch die Schwenkverbindung der Schwenkglieder
erbracht werden. Ein weiterer Teil muss jedoch von der
Lagerung des Radträgers an dem Schwenkglieder erbracht
werden.
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Aus der DE 44 44 952 C2 ist beispielsweise ein
Toroidgetriebe mit drei Antriebsrollen bekannt, die relativ
zueinander mit gleichen Anfangsabständen um eine Hauptwelle
gruppiert sind und durch Rollenstützglieder drehbar
abgestützt sind. Die Rollenstützglieder sind so ausgebildet,
dass sie sich in Richtung entlang eigener Schwenkachsen
erstrecken. Jede der Schwenkachsen ist senkrecht zu der
Drehachse einer korrespondierenden Antriebsrolle. Jeweils
benachbarte Enden der drei Rollenstützglieder sind
miteinander durch L-förmige Koppelglieder verbunden, und zwar
drehbar und schrägstellbar über Kugelgelenke. Jedes
Koppelglied ist in seinem Mittelabschnitt drehbar gelagert an
einem Zwischenabschnitt eines korrespondierenden Armes
eines gemeinsamen sternförmigen Koppelstützgliedes. Das
Koppelstützglied ist an dem Getriebegehäuse befestigt.
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In der EP 0 413 347 B1 ist ein Toroidgetriebe gezeigt,
dass drei peripher beabstandete Reibrollen aufweist, die
zwischen den torischen Flächen der Eingangs- und
Ausgangsscheiben angeordnet sind und in Antriebskontakt mit diesen
stehen. Die Reibrollen werden durch Rollenträger gestützt,
die an Schwenkgliedern angeordnet sind, die durch das
Gehäuse drehbar gestützt werden. Jedes der Schwenkglieder
weist zwei Arme auf, wobei jeder Arm mit einem der
angrenzenden Rollenträger gekoppelt ist. Hierfür ist ein
gewölbter Ring zwischen dem vorderen Endbereich des Rollenträgers
und der Wand einer Bohrung angeordnet, die in dem
angrenzenden Arm eines zugehörigen Schwenkgliedes ausgebildet
ist. Dadurch entsteht eine Schwenkverbindung zwischen dem
Arm des Schwenkgliedes und dem zugehörigen Rollenträger.
Zwischen dem Innenumfang des gewölbten Ringes und dem
Endbereich des Rollenträgers ist ein Nadellager angeordnet, um
eine Gleitbewegung des Rollenträgers zu ermöglichen.
Dadurch entsteht eine verschiebbare Verbindung zwischen jedem
der Arme und den zugehörigen Rollenträgern.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Toroidgetriebe zu schaffen, bei dem die Verbindung zwischen
Reibradträger und Schwenkglied eine verbesserte
Ausgleichsbewegung für die angreifenden Kräfte zulässt, das wenige
Bauteile erfordert, die Lebensdauer der Bauteile verlängert
und kostengünstig herzustellen ist.
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Ausgehend von einem Toroidgetriebe der eingangs näher
genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im
Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Erfindungsgemäß ist demnach vorgesehen, dass die
Radträger der Reibräder mit den Schwenkgliedern durch ein
Koppelelement verbunden sind. Das Koppelelement weist eine
Kugelführung mit einem Langloch auf, um eine Bewegung in
linearer Richtung entlang der Achse des zugehörigen
Radträgers zu ermöglichen.
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Durch das erfindungsgemäße Koppelelement erfolgt eine
Ausgleichsbewegung linear entlang der Achse eines
Radträgers und nicht wie bisher auf einer Kurvenbahn, die durch
eine exzentrische Lagerung der Reibräder verursacht wird.
Instabilitäten im Verstellverhalten können dadurch
vermieden werden. Der Exzenter und der zugehörige Nadelkäfig in
den Radträgern sind nicht mehr erforderlich. Dadurch können
Bauteile und Arbeitsschritte eingespart werden, wodurch
sich die Kosten für das Toroidgetriebe senken. Insgesamt
erhöht sich die Stabilität des Verstellverhaltens des
Getriebes.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
wird das Koppelelement in einem Toroidgetriebe in Drei-
Roller-Bauweise einsetzt. Auch bei diesem Getriebetyp, bei
dem die Reibräder in einem Winkel von ca. 120° zueinander
angeordnet sind, ist das erfindungsgemäße Koppelelement
verwendbar.
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Wie oben beschrieben wird die Auslenkbewegung der
Reibräder primär über die Hydraulikeinrichtung
synchronisiert. Eine sekundäre Synchronisation kann bei der
vorliegenden Erfindung durch die Koppelelemente über Bolzen
erfolgen, die seitlich an die Fläche der Langlöcher
kraftschlüssig angepresst werden.
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Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Langlöcher in
den Koppelelementen können durch Fertigung und Montage
entstehende Toleranzen ausgeglichen werden.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung
näher erläutert.
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Es zeigen:
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Fig. 1 eine Schnittansicht eines Toroidgetriebes
nach dem Stand der Technik;
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Fig. 2 eine Schnittansicht eines Toroidgetriebes
gemäß der vorliegenden Erfindung und
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Fig. 3 einen Schnitt durch eine Detail-Ansicht
eines Koppelelementes gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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In Fig. 1 ist ein Toroidgetriebe in Drei-Roller-
Bauweise nach dem Stand der Technik gezeigt. Das Getriebe
weist koaxiale Eingangs- und Ausgangsscheiben mit torischen
Flächen auf. Die Scheiben sind schematisch durch die
gestrichelte Linie gezeigt.
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An einem sternförmigen Stützelement 1 sind drei V-
förmige Schwenkglieder 2, 2' und 2" durch Führungsachsen 3
angeordnet. Im Bereich einer Führungsachse 3 ist das
sternförmige Stützelement 1 durch eine Schraube 4 am Gehäuse des
Getriebes befestigt. Durch eine Mittelöffnung 5 des
Stützelementes 1 erstreckt sich eine Scheibenstützwelle 6. Jedes
der V-förmigen Schwenkglieder 2, 2' und 2" weist zwei
Arme 7, 7', 7" und 8, 8', 8" auf. Zwischen jeweils zwei
Armen benachbarter Schwenkglieder sind Radträger 9, 9'
und 9" angeordnet, die Reibräder 10, 10' und 10" stützen.
Beispielsweise ist zwischen dem Arm 7 des
Schwenkelementes 2 und dem Arm 8" des Schwenkelementes 2" der
Radträger 9 gelagert.
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Das Reibrad 10 ist durch eine Stützwelle 11 an dem
Radträger 9 angeordnet. Die Stützwelle 11 ist durch eine
Mittelbohrung 12 in dem Reibrad 10 und durch eine
exzentrische Bohrung 13 in dem Radträger 9 geführt. Zwischen der
Stützwelle 11 und dem Reibrad 10 ist in der
Mittelbohrung 12 ein Nadellager 14 und zwischen der Stützwelle 11
und dem Radträger 9 ist in der exzentrischen Bohrung 13 ein
Nadellager 15 vorgesehen. Das Reibrad 10 weist am Rand zur
Abstützung ein Kugellager 16 auf. Die beiden übrigen
Reibräder 10' und 10" sind auf analoge Weise zwischen den
Armen 7' und 8 bzw. den Armen 7" und 8' der entsprechenden
Schwenkglieder angeordnet. Bei einer Bewegung der
Radträger 9, 9' und 9" in eine Umfangsrichtung der Eingangs- und
Ausgangsscheibe werden die Radträger 9, 9' und 9" gekippt
und eine Neigung der Reibräder 10, 10' und 10" gegenüber
der Eingangs- und Ausgangsscheibe entsteht.
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Jeder Radträger 9, 9' und 9" weist einen
Hydraulikkolben 17 auf, der in radialer Richtung jeweils auf einer
den Armen 8, 8' und 8" gegenüberliegenden Seite angeordnet
ist. Beispielsweise ist der Hydraulikkolben 17 des
Radträgers 9, der an einer Seite des Armes 8" des
Schwenkelementes 2" angeordnet ist auf der gegenüberliegenden anderen
Seite des Armes 8" vorgesehen. Die Hydraulikkolben werden
über eine Hydraulikeinrichtung gesteuert, um eine
stufenlose Übersetzungsänderung durch das Toroidgetriebe zu
erzielen.
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In den Armen 7, 7', 7" und 8, 8' und 8" der
Schwenkelemente 2, 2' und 2" sind Bohrungen 18 vorgesehen, die
die Radträger 9, 9' und 9" aufnehmen. Zur Bildung einer
verstellbaren Verbindung wird hierfür beim Stand der
Technik z. B. ein Nadellager oder ein Kugellager verwendet.
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In Fig. 2 ist ein stufenloses Toroidgetriebe gemäß der
vorliegenden Erfindung dargestellt. Bauteile, die mit den
bisher beschriebenen übereinstimmen, werden dort mit
gleichen Bezugszeichen beziffert. An einem sternförmigen
Stützelement 1 sind drei Schwenkglieder 2, 2' und 2"
angeordnet, zwischen dessen Armen 7, 7', 7" und 8, 8', 8" an
Radträgern 9, 9' und 9" Reibräder 10, 10' und 10"
angeordnet sind. Die Radträger 9, 9' und 9" sind durch
erfindungsgemäße Koppelelemente 19 an den Armen der
Schwenkglieder verstellbar angeordnet. Durch den Einsatz dieser
Koppelelemente ist für die Lagerung der Reibräder eine
Stützwelle 11, wie sie in Fig. 1 beim Stand der Technik
vorgesehen ist, nicht mehr notwendig. Bei der vorliegenden
Erfindung sind die Reibräder 10, 10' und 10" z. B. durch
Kugellager 20 beweglich an ihren jeweiligen Radträgern 9, 9'
und 9" angeordnet. Dadurch können Bauteile gespart und die
Fertigung vereinfacht werden.
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Die Verbindung der Arme der Schwenkglieder mit den
Radträgern durch das erfindungsgemäße Koppelelement ist in
Fig. 3 in einer Teilansicht detailliert gezeigt. Mit 7
und 8" sind die Arme des jeweiligen Schwenkgliedes, die
den Radträger 9 mit dem Reibrad 10 stützen, benannt. Das
Koppelelement 19 weist eine Bohrung 21 durch den Arm 7 des
Schwenkgliedes auf, in das der Radträger 9 hineinragt.
Innerhalb des Armes des Schwenkgliedes ist ein Langloch 22
vorgesehen, das in Längsrichtung des Armes verläuft. Ein
Bolzen 23 verläuft durch eine Bohrung 24 im Endbereich des
Radträgers und ist zusätzlich innerhalb des Langloches 22
gelagert. Innerhalb der Bohrung 24 in dem Radträger 9 ist
der Bolzen 23 durch eine Kugelführung 25 beweglich
angeordnet. Außerdem wird der Bolzen 23 innerhalb des Langlochs 22
an den Seiten durch die Wände des Langloches gestützt, ist
jedoch nach oben und unten beweglich. Der Träger 9 ist in
analoger Weise am Arm 8" angebracht.
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Durch die seitliche Führung des Bolzens an den Flächen
der Langlöcher kann die Auslenkung der Reibräder zusätzlich
zur Steuerung über die Hydraulikeinrichtung synchronisiert
werden. Mit Hilfe des durch die Langlöcher vorgesehenen
Spiels kann eine Ausgleichsbewegung in linearer Richtung
axial zu den Radträgern erfolgen. Insgesamt wird durch das
Koppelelement der vorliegenden Erfindung die Stabilität des
Verstellverhaltens des Toroidgetriebes deutlich verbessert.
Bezugszeichen
1 sternförmiges Stützelement
2, 2', 2" Schwenkglieder
3 Führungsachse
4 Schraube
5 Mittelöffnung
6 Scheibenstützwelle
7, 7', 7" Arme der Schwenkglieder
8, 8', 8" Arme der Schwenkglieder
9, 9', 9" Radträger
10, 10', 10" Reibräder
11 Stützwelle
12 Mittelbohrung der Stützwelle
13 exzentrische Bohrung
14 Nadellager
15 Nadellager
16 Kugellager
17 Hydraulikkolben
18 Bohrung
19 Koppelelement
20 Kugellager
21 Bohrung
22 Langloch
23 Bolzen
24 Bohrung
25 Kugelführung