DE102006042577A1

DE102006042577A1 - Quasi kontinuierlich variables Getriebe mit Kette oder Zahnriemen

Info

Publication number: DE102006042577A1
Application number: DE200610042577
Authority: DE
Inventors: Eckart Hettlage
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2026-09-12
Also published as: DE102006042577B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein quasi kontinuierlich variables Ketten- oder Zahnriemengetriebe, welches aus einem oder zwei spreizbaren Zahnrädern aufgebaut ist. Um das Übersetzungsverhältnis zu ändern, werden die beiden polygonförmigen Zahnräder (105, 820) durch gegensinniges Verschieben der radial beweglichen Zahnsegmente (107, 108) in ihrem Durchmesser geändert. Ein Spanner (804) ist notwendig, um den Polygonfehler des Zugmittels (803) auszugleichen. Bei einer Ausführung nach dem Stand der Technik mit nur einem Zugmittel (803) wäre das Getriebe aufgrund des Spanners (804) nur in einer Richtung (801) belastbar. Um es auch in der Gegenrichtung (802) belastbar zu machen, wird ein zweites Zugmittel (813), welches, parallel zum ersten Zugmittel (803), auf der gleichen Verzahnung läuft. Zugtrum (813) und Leertrum (815) des zweiten Zugmittels sind jedoch jeweils gegenüber von Zugtrum (803) und Leertrum (805) des ersten Zugmittels angeordnet. Dadurch entsteht ein spielfreies in beiden Drehrichtungen belastbares Getriebe, welches außer zum Antrieb auch zur Motorbremsung eingesetzt werden kann. Eine neuartige Rastung für die Zahnsegmente (107, 108) verbessert das Schaltverhalten und verhindert eine Fehlfunktion durch Fliehkräfte bei höheren Drehzahlen. Ein verbesserter Zugmittelspanner erzeugt in allen Positionen gleichmäßigen Andruck und verhindert dadurch ein Durchrutschen des Zugmittels.

Description

Die Erfindung betrifft Ketten- oder Zahnriemengetriebe mit mindestens einem als radial spreizbares Zahnrad ausgebildeten Antriebsrad sowie einem ebenfalls radial spreizbaren Zahnrad als Abtriebsrad. Antriebs- und Abtriebsrad sind im Abstand zueinander auf Achsen gelagert und mit einem formschlüssigen Zugmittel, vorzugsweise Kette oder Zahnriemen, miteinander verbunden.
Das Übersetzungsverhältnis des Getriebes wird dadurch verändert, dass mindestens eines der beiden radial spreizbaren Zahnräder seinen Durchmesser ändert. Vorzugsweise ändern beide radial spreizbaren Zahnräder gleichzeitig, bzw. abwechselnd, ihren Durchmesser in entgegen gesetzter Richtung wodurch ein großer Variationsbereich mit vielen Stufen, d. h. ein quasi kontinuierlich variables Getriebe zustande kommt.
Kontinuierlich variable Getriebe (Continuously Variable Transmissions, CVT), welche bevorzugt in Motorfahrzeugen eingesetzt werden, zeichnen sich dadurch aus, dass sie ohne Kupplung geschaltet werden können und dass dadurch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bei gleich bleibender optimaler Drehzahl des Motors über das variable Getriebe gesteuert werden kann. Dies kann den Treibstoffverbrauch erheblich reduzieren und den Fahrkomfort steigern. Die zurzeit bekannten CVT's arbeiten bei der Momenten Übertragung ausschließlich mit kraftschlüssigen Medien wodurch ihr Wirkungsgrad gemindert wird.
Das hier vorgeschlagene Getriebe arbeitet mit einer Kette oder einem Zahnriemen, d. h. mit einem formschlüssigen Zugmittel zur Momentübertragung und verbessert dabei den Wirkungsgrad bei gleichzeitigem Erhalt der übrigen Fähigkeiten eines CVT. Erreich wird dies durch die Vielzahl der möglichen Gangstufen (quasi kontinuierlich) und den großen Variationsbereich. Basis bildet das deutsche Patent 101 15 377-12 (1), welches jedoch nicht alle Anforderungen eines CVT's erfüllen kann.
Zu lösen sind hierbei folgende Probleme:

• Ein CVT muss wegen der Fähigkeit von Fahrzeugen zur Motorbremsung sowohl vorwärts wie rückwärts belastbar sein. Das Getriebe entsprechend dem Patent 101 15 377-12 ist nur für eine Belastung in einer Richtung ausgelegt. Bei größerer Rückwärtsbelastung reicht die Spannung des Zahnriemenspanners (Kettenspanners) nicht aus, er gibt nach. Wegen der Polygonform der spreizbaren Zahnräder kann nicht ohne Spanner gearbeitet werden.
• Ein CVT für Motorfahrzeuge muss für hohe Drehzahlen ausgelegt sein. Das Getriebe entsprechend dem Patent 101 15 377-12 , welches für die Anwendung bei Fahrrädern konzipiert wurde, ist aufgrund der einfachen Rastmechanismen der Zahnsegmente (2) nicht für hohe Drehzahlen geeignet. Die Zahnsegmente würden bei hoher Drehzahl durch Fliehkräfte im Leer Drum aus ihren Rastpositionen fallen.
• Für ein quasi CVT können die Gangstufungen entsprechen Patent 101 15 377-12 , welches Segmente abwechselnd mit und ohne Zähne aufweist, noch zu grob sein.
• Die Polygonform der spreizbaren Zahnräder entsprechend Patent 101 15 377-12 führen zu einer Drehmomentenschwankung, bzw. dazu, dass eines der beiden Zahnräder des quasi CVT bei einer erzwungenen gleichförmigen Drehbewegung am Antrieb oder Abtrieb (z. B. durch die Trägheit des Fahrzeugs) eine Oszillation um die mittlere Drehrate ausführt. Dies kann in dem Feder-Masse-System, bestehend aus den beiden spreizbaren Zahnrädern und dem elastischen Zugmedium (Zahnriemen oder Kette) zu Resonanzen führen.
• Der Verstellmechanismus darf bei hohen Drehzahlen keine zu starken Geräusche entwickeln und keinen zu großen Schaltwiderstand haben und muss robust und einfach sein.

Beschreibung der Erfindung
Die Beschreibung erfolgt mit Hilfe der Figuren.
1 zeigt eine Ansicht des zugrunde liegenden Patents 15 377-12. Dieses Getriebe ist nur in eine Drehrichtung belastbar.
2 zeigt den Rastmechanismus des zugrunde liegenden Patents 15 377-12. Dieser Rastmechanismus benötigt zur Verstellung sowohl axiale als auch radiale Einrichtungen und schütz nicht vor fehlerhafter Verstellung bei Fliehkraft.
3 zeigt den verbesserten nur noch axial zu betätigenden, Rastmechanismus. Zum Verstellen in radialer Richtung nach innen drückt die Verstelleinrichtung 244 über ihre Ausformung 241 auf den Stößel 230 welcher über die Verbindungsstange 220 die Sperrklinke 221 löst damit sich das Zahnsegment 127 nach innen bis zur nächsten Raste 124 bewegen kann. Zum Verstellen in radialer Richtung nach außen drückt die Verstelleinrichtung 244 über ihre mondförmige Ausformung 242 (nicht dargestellt) gegen die Nase 245 und löst damit die Sperrklinke 221 und schiebt gleichzeitig das Zahnsegment 127 nach außen. Wichtig für die fehlerfreie Funktion sind dabei auch die beiden Federn 231 und 232 welche verhindern, dass der Stößel 230 in irgendeiner Position klemmen kann.
4 zeigt den Rastmechanismus von 3 mit einer zusätzlichen Einrichtung, der Nase 325 an der Sperrklinke, welche ein fehlerhaftes Verstellen durch Fliehkraft verhindert.
5 zeigt einen ähnlichen Rastmechanismus wie 3 jedoch mit 2 entgegengesetzt arbeitenden Sperrklinken 402, 412, von denen Sperrklinke 412 gegen Fliehkraft sperrt. Durch den gemeinsamen Stößel 400 werden die entsprechenden Sperrklinken über die Verbindungsstangen 405, 415 in der jeweiligen Richtung entriegelt. Die Federn 231, 232 sind hier ebenfalls nötig aber nicht dargestellt.
6 und 7 zeigen einen verbesserten Zugmittelspanner welcher unabhängig von seiner Winkelstellung eine ungefähr konstante Spannkraft liefert. Die Zugfeder 609 ist über das Seil im Haltepunkt 612 mit dem um den Drehpunkt 607 drehenden Zugmittelspanner 604 verbunden. Je nach Winkelstellung des Spanners 604 ändert sich die Länge der Zugfeder 609 und damit ihre Zugkraft. Da sich jedoch gleichzeitig der Radius des Angriffspunktes wegen der Kontur 606 gegenläufig ändert, bleibt das Produkt aus Federkraft mal Radius in etwa konstant und damit auch die Zugmittelspannung. Sie ist somit unabhängig vom Winkel.
8 zeigt das verbesserte spreizbare Zahnradgetriebe mit zwei nebeneinander liegenden formschlüssigen Zugmitteln auf der gleichen Verzahnung. Das Zugmittel 803 arbeitet mit seinem Zugtrum in Richtung 801 und spannt sein Leertrum 805 über den Spanner 804. Das Zugmittel 813 arbeitet mit seinem gegenüber liegenden Zugtrum in die Gegenrichtung 802 und spannt sein Leertrum 815 über den Spanner 814. Damit ist das Getriebe spielfrei und in beide Drehrichtungen belastbar.
9 zeigt die Zahnkontur der Zahnsegmente 957 welche mit unterschiedlichen Flanken ausgestattet sind. Die Zahnform ist sägezahnförmig damit beim Schalten kein Zahn übersprungen werden kann, d. h. die flachere Flanke entgegen der Zugrichtung vergrößert den Fangbereich. Für die beiden Zugmittel 803 und 813 sind die Sägezahnformen zueinander gespiegelt mit der jeweils steilen Flanke in Zugrichtung.

Claims

Getriebe, bestehend aus mindestens einem spreizbaren, segmentierten Zahnrad (105), einem zweiten Zahnrad (820), spreizbar oder nicht spreizbar, sowie einem ersten formschlüssigen Zugmittel (803), insbesonder Kette oder Zahnriemen, welches in Vorwärtsrichtung (801) belastbar spielfrei wirkt und einem zweiten formschlüssigen Zugmittel (813), insbesonder Kette oder Zahnriemen, auf den Selben Zahnrädern (105, 820), welches in Rückwärtsrichtung (802) belastbar spielfrei wirkt.
Getriebe nach Anspruch 1, bestehend aus spreizbarem Antriebsrad und spreizbarem Abtriebsrad, mit zwei nebeneinander auf der gleichen Verzahnung laufenden formschlüssigen Zugmitteln, insbesonder Kette oder Zahnriemen, wobei der Leertrum inklusive Spanner des einen Zugmittels gegenüber zum Leertrum inklusive Spanner des anderen Zugmittels liegt.
Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, bestehend aus identischen, gemeinsam radial verschiebbaren, Zahnsegmenten, angeordnet auf der Vorder- und Rückseite der Trägerplatte und zwei parallel angeordneten Zugmitteln, wobei das in Vorwärtsrichtung wirkende formschlüssige Zugmittel, insbesonder Kette oder Zahnriemen, auf der Vorderseite läuft und das in Rückwärtsrichtung wirkende formschlüssige Zugmittel, insbesonder Kette oder Zahnriemen, auf der Rückseite läuft oder auch umgekehrt.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit radial rastbaren Segmenten (107, 108, 127) deren Sperrklinke (221) durch radiales Verschieben der Verstelleinheit (244) nach innen über den durch die Federn (231, 232) vorgespannten Stößel (230) sowie die zwischen den Vertiefungen (233, 234) gelagerte Verbindungsstange (230) für eine Positionierung des Segment (107, 108, 127) radial nach innen entriegelt wird
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit radial rastbaren Segmenten (107, 108, 127) deren Sperrklinke (221) durch radiales Verschieben der Verstelleinheit (244) nach außen durch Druck des Mondes (242) auf den Hebel (245) für eine Positionierung des Segment (107, 108, 127) radial nach außen gelöst wird.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit radial rastbaren Segmenten (107, 108, 127) deren Sperrklinke (325) eine Nase aufweißt welche mit Hilfe der Rasten (324) ein ungewolltes Verstellen der Segmente (107, 108, 127) auf Grund von Fliehkräften verhindert.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit radial rastbaren Segmenten (107, 108, 127, in 4 nicht dargestellt) deren erste Sperrklinke (402) das nach innen belastete Segment sperrt und durch einen Druck der Verstelleinheit (407) nach außen, welche über den Stößel (400) und die Verbindungsstange (415) die zweite Sperrklinke (412) löst, das Segment (107, 108, 127) radial nach außen positioniert und deren zweite Sperrklinke (412) das nach außen (durch Fliehkräfte) belastete Segment sperrt und durch Druck der Verstelleinheit (417) nach innen, welche über den Stößel (400) und die Verbindungsstange (405) die erste Sperrklinke (402) löst, das Segment (107, 108, 127) radial nach innen positioniert.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einem Zugmittelspannhebel (603, 604), welcher fest am Rahmen (600) über eine Drehachse (607) gelagert ist und dessen Spannung erzeugende Feder (609) über den von einer Umlenkrolle (601) um gelenkten Seilzug (605) mit der Kurve (606) des Spannhebels (604) im Punkt (612) verbunden ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8 bei der die beiden zu den spreizbaren Zahnrädern gehörenden Verstelleinrichtungen (901, 902) so miteinander mechanisch, elektromechanisch oder hydraulisch gekoppelt sind, dass sie nur jeweils, alternierend, einen Gang schalten können.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9 bei dem auf den Grundplatten (...) ein Drehdämpfer angebracht ist um Resonanzen zu dämpfen.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10 bei denen die beiden formschlüssigen Zugmittel entsprechend einer unterschiedlichen Vorwärts- und Rückwärtsbelastung unterschiedlich stabil ausgeführt sein können.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11 bei dem die Zahnsegmente 957 sägezahnförmige Zähne besitzen und diese entsprechend der Zugrichtungen der beiden Zugmittel 803 und 813 ihre steilen Flanken jeweils in Zugrichtung haben.