DE102006042577B4

DE102006042577B4 - Quasi kontinuierlich variables Getriebe

Info

Publication number: DE102006042577B4
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: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2026-09-12
Also published as: DE102006042577A1

Abstract

Getriebe, bestehend aus mindestens einem spreizbaren Zahnrad (105), einem zweiten Zahnrad (820), welches spreizbar oder nicht spreizbar sein kann, einem ersten formschlüssigen Zugmittel (803), welches in Vorwärtsrichtung (801) belastbar spielfrei wirkt, einem zweiten formschlüssigen Zugmittel (813) auf den selben Zahnrädern (105, 820), welches in Rückwärtsrichtung (802) belastbar spielfrei wirkt, und je einem Spanner (804, 814) für beide Zugmittel, wobei das Leertrum (805) und der Spanner (804) des einen Zugmittels (803) gegenüber dem Leertrum (815) und dem Spanner (814) des anderen Zugmittels (813) liegen, dadurch gekennzeichnet, dass das spreizbare Zahnrad (105) radial rastbare Segmente (107, 108, 127) zur Auflage der Zugmittel aufweist, wobei die Segmente durch mindestens eine in eine Raste (124, 324, 411) eingreifende Sperrklinke (221, 325, 402, 412) an der Grundplatte des Zahnrades (105) arretiert sind, wobei jedes Segment (107, 108, 127) Mittel aufweist, die ein ungewolltes Verstellen der Segmente auf Grund von Fliehkräften verhindern.

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde variable Umschlingungsgetriebe, wie aus dem US Patent 3,913,410 oder dem deutschen Patent 101 15 377 bekannt, so zu verbessen, dass man damit ein kontinuierlich variables Getriebe für Motorfahrzeuge realisieren kann. 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 bilden das US Patent 3,913,410 (1a) sowie das deutsche Patent 101 15 377 (1b), welche jedoch beide nicht alle Anforderungen eines CVT's erfüllen können.
Zu lösen sind hierbei folgende Probleme:

• Ein CVT muss wegen der Fähigkeit von Fahrzeugen zur Motorbremsung sowohl vorwärts wie rückwärts belastbar sein. Dies erfüllt US Patent 3,913,410 (1).
• Ein CVT für Motorfahrzeuge muss für hohe Drehzahlen ausgelegt sein. Das Getriebe entsprechend dem deutschen Patent 101 15 377 , 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 Nulltrum aus ihren Rastpositionen fallen.
• Die Polygonform der spreizbaren Zahnräder entsprechend US Patent 3,913,410 und deutschem Patent 101 15 377 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.
1a zeigt eine Ansicht des zugrunde liegenden US Patent 3,913,410 , welches in beide Richtungen belastbar ist.
1b zeigt eine Ansicht des ebenfalls zugrunde liegenden deutschen Patents 101 15 377 . Dieses Getriebe ist nur in eine Drehrichtung belastbar.
2 zeigt den Rastmechanismus des zugrunde liegenden Patents 101 15 377 . 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 Versteileinrichtung 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, ähnlich wie US Patent 3,913,410 , 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 Zahnrad (105), einem zweiten Zahnrad (820), welches spreizbar oder nicht spreizbar sein kann, einem ersten formschlüssigen Zugmittel (803), welches in Vorwärtsrichtung (801) belastbar spielfrei wirkt, einem zweiten formschlüssigen Zugmittel (813) auf den selben Zahnrädern (105, 820), welches in Rückwärtsrichtung (802) belastbar spielfrei wirkt, und je einem Spanner (804, 814) für beide Zugmittel, wobei das Leertrum (805) und der Spanner (804) des einen Zugmittels (803) gegenüber dem Leertrum (815) und dem Spanner (814) des anderen Zugmittels (813) liegen, dadurch gekennzeichnet, dass das spreizbare Zahnrad (105) radial rastbare Segmente (107, 108, 127) zur Auflage der Zugmittel aufweist, wobei die Segmente durch mindestens eine in eine Raste (124, 324, 411) eingreifende Sperrklinke (221, 325, 402, 412) an der Grundplatte des Zahnrades (105) arretiert sind, wobei jedes Segment (107, 108, 127) Mittel aufweist, die ein ungewolltes Verstellen der Segmente auf Grund von Fliehkräften verhindern.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugmittel (803, 813) Ketten oder Zahnriemen sind.
Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Zahnräder (105, 820) spreizbar sind.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass identische, gemeinsam radial verschiebbare Zahnsegmente auf der Vorderseite und der Rückseite der Grundplatte des Zahnrades (105) angeordnet sind, die zwei parallel angeordnete Zugmittel tragen, wobei das in Vorwärtsrichtung wirkende formschlüssige Zugmittel (803) auf der Vorderseite läuft und das in Rückwärtsrichtung wirkende formschlüssige Zugmittel (813) auf der Rückseite läuft oder umgekehrt.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrklinke (221) jedes Segmentes (107, 108, 127) durch radiales Verschieben einer Verstelleinheit (244) nach innen über einen durch Federn (231, 232) vorgespannten Stößel (230) sowie eine zwischen Vertiefungen (233, 234) in Stößel und Sperrklinke gelagerte Verbindungsstange (220) für eine Positionierung des Segmentes nach radial innen entriegelt wird.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrklinke (221) jedes Segmentes (107, 108, 127) durch radiales Verschieben einer Verstelleinheit (244) nach außen durch Druck eines Mondes (242) auf einen Hebel (245) an der Sperrklinke für eine Positionierung des Segmentes nach radial außen gelöst wird.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Sperrklinke (325) eine Nase aufweist, 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 7, dadurch gekennzeichnet, dass die radial rastbaren Segmente (107, 108, 127) jeweils zwei Sperrklinken (402, 412) aufweisen, deren erste (402) das nach innen belastete Segment sperrt, wobei durch Druck einer Verstelleinheit (407) nach außen, welche über einen Stößel (400) und eine Verbindungsstange (415) die zweite Sperrklinke (412) löst, das Segment (107, 108, 127) radial nach außen positioniert wird, und deren zweite Sperrklinke (412) das nach außen durch Fliehkräfte belastete Segment sperrt, wobei durch Druck der Verstelleinheit (417) nach innen, welche über den Stößel (400) und eine Verbindungsstange (405) die erste Sperrklinke (402) löst, das Segment (107, 108, 127) radial nach innen positioniert wird.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zugmittelspannhebel (604) vorgesehen ist, welcher fest an einem Rahmen (600) über eine Drehachse (607) gelagert ist und dessen Spannung erzeugende Feder (609) über einen von einer Umlenkrolle (601) umgelenkten Seilzug (605) mit einer Kurve (606) des Spannhebels (604) in einem Punkt (612) verbunden ist.
Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden zu den spreizbaren Zahnrädern (105, 820) gehörenden Verstelleinrichtungen so miteinander mechanisch, elektromechanisch oder hydraulisch gekoppelt sind, dass sie nur jeweils alternierend einen Gang schalten können.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Grundplatten der Zahnräder (105, 820) ein Drehdämpfer angebracht ist, um Resonanzen zu dämpfen.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden formschlüssigen Zugmittel (803, 813) entsprechend einer unterschiedlichen Vorwärts- und Rückwärtsbelastung unterschiedlich stabil ausgeführt sein können.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnsegmente sägezahnförmige Zähne besitzen, deren steile Flanken entsprechend der Zugrichtungen der beiden Zugmittel (803, 813) jeweils in Zugrichtung weisen.