DE102007040287A1

DE102007040287A1 - Stepless form-locking transmission gearing e.g. for motor vehicles, has several gear units with roller and has wheel drift arranged on another drive with driving wheels formed as gears

Info

Publication number: DE102007040287A1
Application number: DE200710040287
Authority: DE
Inventors: Ilja Dzampajev
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-08-24
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2009-02-26

Abstract

The gear for stepless regulation of torque and speed has several gear units. A roller has a wheel drift (1) arranged on another drive (2). The driving wheels are formed as the gears at the mutual rolling and exactly the same places with each.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe zur stufenlosen Regelung des Drehmoments und der Drehzahl mit einer oder mehreren Getriebeeinheiten.The The invention relates to a transmission for stepless control of the torque and the speed with one or more gear units.

Stand der TechnikState of the art

Stufenlose Getriebe sorgen bspw. in Kraftfahrzeugen für einen stufenlos variablen Übersetzungsverlauf. Hierdurch kann für jede Fahrzeuggeschwindigkeit der günstigste Drehzahlbereich des Motors eingehalten werden. Übersetzungsänderungen können kontinuierlich unter Last erfolgen, so dass ein Übersetzungswechsel nicht oder kaum spürbar ist.stepless Gearboxes provide, for example, in motor vehicles for a continuously variable transmission profile. This can be for every vehicle speed is the most favorable engine speed range be respected. translation changes can continuously under load, so that a translation change is not or barely noticeable is.

Bekannt sind kraftschlüssige Reibgetriebe wie bspw. Doppelkonus Umschlingungsgetriebe, bei denen ein Schubgliederband, ein Keilriemen oder eine Laschenkette (Multitronic von Audi) zwei Kegelscheibenpaare umschlingt. Ferner sind weitere Reibgetriebearten wie Halbtoroid-Getriebe (Extroid von Nissan), Kegel-, Toroid-Ring-Getriebe und Kugelsatzgetriebe (für Fahrräder) bekannt.Known are non-positive Friction gear such as double cone belt transmission, in which a push belt, a V-belt or a link chain (Multitronic from Audi) wraps around two conical disk pairs. There are also others Friction gear types such as half-toroidal transmission (Extroid from Nissan), Cone, toroidal ring gear and ball bearing gear (for Cycles) known.

All diese Ausführungsformen vereint ein großer Nachteil, sie können konstruktionsbedingt nicht formschlüssig verzahnt werden, es besteht lediglich eine Kraftschlüssige Verbindung. Aus diesem Grund müssen die Antriebsräder mit hoher Kraft aneinander gepresst werden. Dennoch weisen Reibgetriebe im Normalbetrieb einen Schlupf auf, wodurch ihr Wirkungsgrad im Vergleich zu üblichen verzahnten Getriebearten deutlich sinkt, und hohe Reibungskräfte entstehen. Aufgrund des entstehenden Schlupfs ist das zu übertragende Drehmoment bei Reibgetrieben äußerst begrenzt, womit der Einsatz bei Last-, Nutzfahrzeugen und schweren Baumaschinen beinahe ausgeschlossen ist. Außerdem ist hier, im Gegensatz zu den formschlüssig arbeitenden Getrieben angesichts der aufsteigenden Reibungskräfte, ein wesentlich höherer Verschleiß zu verzeichnen, was eine kürzere Lebensdauer und hohe Reparatur-, bzw. Wartungskosten mit sich bringt. Schließlich benötigen die meisten der Reibgetriebe ein aufwendiges Traktionsöl.Alles these embodiments united a big one Disadvantage, they can Due to their design, they are not interlocked in a form-fitting manner only a force-fitting Connection. That's why the drive wheels be pressed together with high force. Nevertheless, have friction gear in normal operation slippage, whereby their efficiency in Compared to usual toothed gear types drops significantly, and high frictional forces arise. Due to the resulting slip, the torque to be transmitted is included Friction gears extremely limited, thus the employment with trucks, commercial vehicles and heavy construction machines is almost impossible. Furthermore is here, in contrast to the form-fitting gearboxes in view of the increasing frictional forces, a significantly higher level of wear and tear, what a shorter one Lifespan and high repair or maintenance costs. After all need Most of the friction gear is a complex traction oil.

Ein Weiterer Nachteil der Reibgetriebe ist, dass die hohen notwendigen Anpresskräfte auch hohe Belastungen und somit übermäßige Abnutzung der Getriebeteile wie Lager und Antriebsräder zur Folge haben. Auch steigen bei sinkenden Übersetzungen die zur Übertragung eines höheren Momentes die notwendigen Anpresskräfte an, womit ein aufwendiger Mechanismus zur Steuerung der Anpresskraft erforderlich wird, und dadurch einer kompakten Bauweise Grenzen gesetzt sind. Um den großen Belastungen durch hohe Anpresskräfte Stand zu halten, werden für die Produktion der Reibgetriebe sehr aufwendig gewonnene, ultrafeste Materialien erforderlich, was diese Getriebetypen in der Praxis bedeutend teurer macht.One Another disadvantage of the friction gear is that the high necessary contact forces also high loads and thus excessive wear of the Transmission parts such as bearings and drive wheels result. Also rise with decreasing translations those for transfer a higher one Momentes the necessary contact forces, making a complex Mechanism for controlling the contact force is required, and This limits are set to a compact design. To the big burdens by high pressure forces To stand up for the production of the friction gear very costly won, ultrafeste Materials required what these transmission types in practice makes it significantly more expensive.

Die ErfindungThe invention

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein stufenloses formschlüssiges Übersetzungsgetriebe zu schaffen, welches preiswert und wartungsarm ist und in kompakter Ausführung bei hohem Wirkungsgrad hohe Übersetzungsverhältnisse und Übertragung großer Drehmomente ermöglicht.It is an object of the invention, a continuously variable positive transmission gear to create, which is inexpensive and low maintenance and in a compact execution high gear ratios at high efficiency and transmission of high torques allows.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Getriebe nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.The The object is achieved by a Transmission after the independent Claim 1 solved.

Die Funktionsweise der Erfindung basiert auf einer gleichmäßigen Abrollbewegung mindestens eines entlang seiner Drehachse abgerundeten bspw. in Form von Kugel, Halbkugel, Ellipsoid, Halbellipsoid oder ähnlicher geometrischer Figur gebildeten Treibrades, wobei jeder seiner Ausschnitte senkrecht zu seiner Drehachse einen Kreis bildet, der mit seinem Mittelpunkt unmittelbar auf der Drehachse liegt, auf mindestens einem anderen bspw. kreis-, kegel-, zylinder-, toroid-, bzw. kugel- oder ellipsoidförmigen Treibrad. Die Abrollbewegung wird mittels einer Änderung des Winkels zwischen den Antriebsräderdrehachsen erreicht, wobei diese in der gleichen Ebene bleiben (ähnlich wie Abrollgelenk). Dadurch wird grundsätzlich eine formschlüssige, verzahnte Verbindung erst möglich, da die als Zahnräder gebildeten Treibräder beim Abrollen stets an jeweils exakt gleichen Stellen in Wirkverbindung stehen. Der Formschluss ist gewiss vom Vorteil, ist aber nicht zwingend erforderlich. Die Erfindung kann dennoch bei Bedarf auch ohne Verzahnung nur mit Kraft-, bzw. Reibschluss funktionieren.The Operation of the invention is based on a uniform rolling motion at least one along its axis of rotation rounded example. In the form of sphere, hemisphere, ellipsoid, semiellipsoid or the like geometric figure formed Treibrades, each of its cutouts perpendicular to its axis of rotation forms a circle, with its center lying directly on the axis of rotation, on at least one other For example, circular, conical, cylindrical, toroidal, or spherical or ellipsoidal drive wheel. The rolling movement is by means of a change of the angle between the drive wheel pivot axes achieved, while these remain in the same plane (similar to Abrollgelenk). As a result, in principle, a positive, toothed connection only possible, there as the gears formed driving wheels when unrolling always in exactly the same places in operative connection stand. The fit is certainly the advantage, but not mandatory required. The invention can still without teeth if necessary Only work with force or friction.

Im Gegensatz zum Stand der Technik vereint die Erfindung die Vorteile eines formschlüssigen, schlupffreien Schaltgetriebes mit Zahnräderpaaren wie lange Lebensdauer, hoher Wirkungsgrad, Preiswertigkeit und Wartungsarmut, mit dem Fahrkomfort durch stufenloses Schalten, größerer Übersetzungs-Spreizung, Kompaktheit und Wirtschaftlichkeit eines konventionellen stufenlosen Getriebes.in the Unlike the prior art, the invention combines the advantages a form-fitting, slip-free Manual transmission with pairs of gears like long service life, high efficiency, cost-effectiveness and low maintenance, with the ride comfort through stepless shifting, larger transmission spread, Compactness and economy of a conventional stepless Transmission.

Da beim stufenlosen formschlüssigen Übersetzungsgetriebe kein Schlupf entsteht und dementsprechend bei der Nutzung weniger Reibung aufkommt, wird die Erfindung auf Dauer, anders als die herkömmlichen stufenlosen Getriebearten, wesentlich weniger Abnutzungserscheinungen aufweisen. Dies bedeutet eine weitere Kostenersparnis, da aufwendige verschleißbedingte Reparaturen bzw. der Einbau eines Ersatzgetriebes kein Regelfall mehr sein wird. Schließlich ist das Getriebe wartungsärmer als herkömmliche stufenlose Getriebe, da der Bedarf nach dem aufwendigen Traktionsöl entfällt. Die Erfindung kann wie ein konventionelles Schaltgetriebe mit einem üblichen Schmierstoff z. B. Getriebeöl geschmiert werden.Since no slippage occurs in the continuously variable positive transmission gear and accordingly arises less friction during use, the invention will in the long term, unlike the conventional continuously variable transmission types, have significantly less wear and tear. This means a further cost savings, since expensive wear-related repairs or the installation of a replacement gearbox will no longer be a rule. Finally, the transmission requires less maintenance than conventional continuously variable transmissions because of the need after the elaborate traction oil is eliminated. The invention may like a conventional transmission with a conventional lubricant z. B. gear oil to be lubricated.

Im Vergleich zu herkömmlichen CVT's kann angesichts der Verzahnung der Antriebsräder, da keine zusätzliche Anpresskraft erforderlich wird, auf kostspielige, außerordentlich standhafte Baumaterialien verzichtet werden. Dies erlaubt auch die Verwendung der günstigeren Lager. Somit kann die Erfindung preiswert aus ähnlichen Baustoffen wie ein herkömmliches Schaltgetriebe angefertigt werden. Hierbei kommen bspw. feste Metall-Legierungen in Frage.in the Compared to conventional CVT's can be given the toothing of the drive wheels, there no additional Contact pressure is required, on costly, extraordinary Stable building materials are dispensed with. This also allows the Use of the cheaper Camp. Thus, the invention may be inexpensive from similar building materials such as conventional Manual transmission to be made. Here are, for example, solid metal alloys in question.

Im Kontext der aktuellen Klimaschutzdebatte wollen immer mehr Autofahrer durch eine sparsame Fahrweise und besonders den Kauf eines Fahrzeugs, welches mit geringerem CO2-Ausstoß fährt, aktiv zum Klimaschutz beitragen. Da das stufenlose formschlüssige Übersetzungsgetriebe, im Gegensatz zum bekannten Schaltgetriebe, den Motor stets im idealen Drehzahl- und Drehmomentband laufen lässt, wird nicht nur der Kraftstoffverbrauch, sondern auch der Ausstoß von Kohlendioxid verringert. Dies wird durch die nahezu unbegrenzten Übersetzungsverhältnisse auch bei sehr hohen Geschwindigkeiten möglich. Die Verbrauchs- und Emissionswerte eines Pkws werden in Zukunft immer mehr an Bedeutung gewinnen. Je geringer der Kraftstoffverbrauch und die ausgestoßenen Mengen an CO2 sind, desto vorteilhafter wirkt sich das auf die Umwelt und künftig auch auf die Kosten des Autofahrers aus.in the In the context of the current climate protection debate, more and more drivers want more through an economical driving style and especially the purchase of a vehicle, which drives with lower CO2 emissions, actively for climate protection contribute. Since the stepless positive transmission gearbox, in contrast to known manual transmission, the engine always in the ideal speed and Running torque band, not only fuel consumption, but also the emission of carbon dioxide reduced. This is due to the almost unlimited gear ratios also possible at very high speeds. The consumption and Emission values of a car will become increasingly important in the future. The lower the fuel consumption and the quantities emitted of CO2, the more beneficial it is to the environment and in the future too at the expense of the car driver.

Für den Einsatz in einem Fahrzeug muss die Erfindung um Kupplungen oder Wandler und um einen Rückwärtsgang erweitert werden. Dabei hat die Erfindung den Vorteil, dass das Fahrzeug theoretisch rückwärts gleichschnell fahren kann wie vorwärts. Diese Eigenschaft kann bei Bedarf z. B. mit Hilfe einer einfachen mechanischen Vorrichtung auf ein gesundes Maß reduziert werden.For use In a vehicle, the invention must be about clutches or transducers and a reverse gear be extended. The invention has the advantage that the Vehicle theoretically backwards at the same speed can drive like forward. These Property can be z. B. by means of a simple mechanical Device reduced to a healthy level become.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Getriebe zwei oder mehrere halbkugelförmige stets in Verbindung stehende Zahnräder, die sich gegenseitig abrollen. Dabei ist jede Stelle des Wälzkreises vom der Kuppe bis zum Großkreis des einen Zahnrads ein Gegenabdruck eines anderen. Es kommt dabei üblicherweise jede konventionelle Art der Verzahnung in Frage (z. B. Gerad-, Schräg-, Pfeil-, oder Bogenverzahnung). Die beiden Zahnräder können auch als Hälften eines Ellipsoids oder ähnlicher geometrischer Figur gebildet sein. Das erste Zahnrad ist das antreibende Rad und das zweite- das angetriebene Rad. Dabei kann ein Zahnrad auf dem anderen abrollen, wobei die Position des ersten Zahnrades unverändert bleibt. Auch können beide Zahnräder simultan sich gegenseitig abrollen. Das Getriebe kann dabei während einer Rotation der Zahnräder oder auch im Stillstand verstellt werden.In a preferred embodiment According to the invention, the transmission always comprises two or more hemispherical ones related gears, which roll each other. Every point of the pitch circle is here from the top to the great circle of one gear a counter-impression of another. It usually comes here Any conventional type of gearing in question (eg straight, oblique, arrow, or curved teeth). The two gears can also be called halves of a Ellipsoids or similar be formed geometric figure. The first gear is the driving one Wheel and the second - the driven wheel. This can be a gear unroll on the other, taking the position of the first gear unchanged remains. Also can both gears simultaneously roll each other. The transmission can during a Rotation of the gears or be adjusted at standstill.

Beschreibung bevorzugter AusführungsbeispieleDescription of preferred embodiments

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es ZeigenThe Invention will be described below with reference to exemplary embodiments with reference closer to drawings explained. Show it

1 die Zahnräder im Eingriff in der Mitte ihrer Halbsphären 1 the gears engaged in the middle of their half spheres

2 die Zahnräder bei geändertem Beugewinkel 2 the gears at a modified flexion angle

3 eine Ausführungsform des Getriebes mit zwei Zahnrädern 3 an embodiment of the transmission with two gears

4 eine Ausführungsform des Getriebes mit drei Zahnrädern 4 an embodiment of the transmission with three gears

4a die Schwenk/Haltevorrichtung in der Vorderansicht der 4 4a the pan / holding device in the front view of 4

4b die verzahnten Kreisausschnitte der Schwenk/Haltevorrichtung in der Draufsicht 4b the toothed circular cutouts of the pan / holding device in plan view

5 die Ausführungsformen des Getriebes bei schwenkbarer Befestigung der Zahnräder am Getriebegehäuse in ihren Großkreismittelpunkten 5 the embodiments of the transmission with pivotal attachment of the gears on the gearbox in their Großkreismittelpunkten

6 und 7 die Darstellung alternativer Ausführungsformen. 6 and 7 the representation of alternative embodiments.

Wenn die Achsen der beiden halbkugelförmigen Zahnräder parallel zueinander ausgerichtet sind, berühren sich die Zahnräder in der Mitte ihrer Halbsphären, die zueinander punktsymmetrisch angeordnet sind, jeweils am selben Punkt, und die Übersetzung bleibt unverändert (1).If the axes of the two hemispherical gears are aligned parallel to each other, the gears in the middle of their half-spheres, which are arranged point-symmetrically to each other, touch each other at the same point, and the translation remains unchanged ( 1 ).

Aufgrund dieser Anordnung kann der Winkel zwischen den Drehachsen der beiden Zahnräder verändert werden (2). Dieser Winkel wird nachfolgend als Beugewinkel 10 bezeichnet. Durch die Änderung des Beugewinkels 10 wird eine stufenlose Änderung der Übersetzung der Getriebeeinheit bewirkt. Hierzu wird die Drehachse des angetriebenen Zahnrades 2 um das antreibende Rad 1 bspw. mit Hilfe einer entsprechenden Vorrichtung so geschwenkt, dass das angetriebene Rad 2 ohne Unterbrechung der Wirkverbindung auf dem antreibenden Rad 2 abrollt (oder umgekehrt). Dadurch verändert sich der Berührungspunkt der beiden Zahnräder und deren Wälzkreise werden stufenlos variiert. Bei Veränderung des Beugewinkels 10 steigt aufgrund der speziellen Anordnung der Zahnräder der Wälzkreis des einen Zahnrades proportional zum sinkenden Wälzkreis des anderen.Due to this arrangement, the angle between the axes of rotation of the two gears can be changed ( 2 ). This angle is hereinafter referred to as flexion angle 10 designated. By changing the bend angle 10 a stepless change in the ratio of the gear unit is effected. For this purpose, the axis of rotation of the driven gear 2 around the driving wheel 1 For example, with the aid of a corresponding device pivoted so that the driven wheel 2 without interruption of the operative connection on the driving wheel 2 unrolls (or vice versa). As a result, the contact point of the two gears changes and their pitch circles are varied steplessly. When changing the bending angle 10 Due to the special arrangement of the gears of the pitch of the one gear increases in proportion to the falling pitch of the other.

Die Zahnräder in Form der Halbkugel können in jedem Punkt ihrer Halbsphären jeweils vom Mittelpunkt ihrer Kuppen bis zu ihren Großkreisen in Wirkverbindung stehen. Entscheidend für die Verzahnung ist, dass diese Punkte im jeweiligen Wälzkreis der Zahnräder durch die Abrollbewegung immer die gleichen sind. Bei einem angenommenen Beugewinkel von 90° berührt das eine Zahnrad mit seinem Großkreis, aufgrund der punktsymmetrischen Anordnung, theoretisch den Kuppenmittelpunkt des anderen Zahnrades. Da bei dieser Konstellation kaum eine Transmission vorstellbar ist, kann der maximale Beugewinkel vorzugsweise kleiner als 90° gewählt werden. Daher genügt es, dass die Zahnräder als kleinere Kugelausschnitte als eine Halbkugel gebildet werden, und die Verzahnung nicht unmittelbar vom Kuppenmittelpunkt, sondern von kleinem bis zum größten Wälzkreis jedes Zahnrades, demzufolge nur im optimalen Eingriffsbereich der Zahnräder verläuft. Dies würde auch das Produktionsmaterial und somit Herstellungskosten sparen.The gears in the form of the hemisphere can in every point of their half spheres from the center of their crests to their big circles in operative connection. Decisive for the gearing is that these points in the respective pitch circle the gears by the rolling motion are always the same. In an assumed Deflection angle of 90 ° touches the a cogwheel with its great circle, due to the point-symmetrical arrangement, theoretically the crest center the other gear. Because in this constellation hardly a transmission it is conceivable that the maximum bending angle may be smaller be chosen as 90 °. Therefore, that's enough it, that the gears are formed as smaller spherical cutouts than a hemisphere, and the gearing not directly from the crest center, but from the smallest to the largest pitch circle each gear, therefore, only in the optimal engagement area of the gears runs. This would too save the production material and thus production costs.

In einer zweckmäßigen Weiterführung der Erfindung unter Bezugname auf 3 ist das antreibende Rad 1 bei einem Aufbau des Getriebes mit zwei Zahnrädern direkt mit der Antriebswelle 5 fest verbunden. Um eine Schwenkung des angetriebenen Rads 2 auf einer Schwenk/Haltevorrichtung 4 zu ermöglichen wird es auf eine schwenkbare Zahnräderhalterung 12 platziert. Das angetriebene Rad wird mittels zweier Kardangelenke und/oder Gleichlaufgelenke 7 mit der Abtriebswelle 6 verbunden, um auch unter hohem Beugewinkel 10 das Drehmoment gleichmäßig auf die Abtriebswelle 6 übertragen zu können. Dabei besteht eine schwenkbare Verbindung des treibenden und des angetriebenen Rades 1 und 2 in ihren Großkreismittelpunkten mittels Halterahmen 15. So kann die Abtriebswelle 6 in einem Getriebegehäuse 8 parallel zur Antriebswelle 5 ausgebildet sein. Um den variierenden Abstand des schwenkenden angetriebenen Rades 2 und der Abtriebswelle 6 auszugleichen, kann die Länge deren Verbindung mit Hilfe einer entsprechenden Koppelung bspw. axial ausziehbarer, drehfester Teleskopverbindung auf Rollen 9 angepasst werden.In an expedient continuation of the invention with reference to 3 is the driving wheel 1 in a construction of the transmission with two gears directly to the drive shaft 5 firmly connected. To a swing of the driven wheel 2 on a swivel / holding device 4 it is to be made possible on a swiveling gear holder 12 placed. The driven wheel is made by means of two cardan joints and / or constant velocity joints 7 with the output shaft 6 connected, even at high flexion angle 10 the torque evenly on the output shaft 6 to be able to transfer. There is a pivotal connection of the driving and the driven wheel 1 and 2 in their great circle centers by means of holding frame 15 , So can the output shaft 6 in a gearbox 8th parallel to the drive shaft 5 be educated. To the varying distance of the pivoting driven wheel 2 and the output shaft 6 compensate, the length of their connection by means of a corresponding coupling, for example. Axially extensible, non-rotatable telescopic connection on rollers 9 be adjusted.

Um das Getriebe gleichzeitig kompakter und wirkungsvoller zu gestalten, empfiehlt sich ein drittes Zahnrad, welches mit dem ersten Zahnrad 1 (auch in Verzahnung) identisch ist, als das angetriebene Rad 2 hinzuzufügen (4). Dabei wird das zweite Zahnrad lediglich zu einem beweglichen Kraftübertragungsrad 3, welches sich zwischen dem angetriebenen Rad 2 und dem antreibenden Rad 1 (zusammen künftig Antriebsräder genannt) befindet. Wie bei der Konstruktion mit zwei Zahnrädern, wird mit Änderung des Beugewinkels 10 der Drehachse des zweiten Zahnrades die Übersetzung gesteuert. Dabei werden das angetriebene und/oder das antreibende Rad, entlang ihrer Drehachsen mittels Schwenk/Haltevorrichtung 4 beweglich gebildet, so dass eine Wirkverbindung mit dem Kraftübertragungsrad 3 stets gewährleistet ist.In order to make the transmission more compact and effective at the same time, a third gear, which is compatible with the first gear, is recommended 1 (also in toothing) is identical, as the driven wheel 2 add ( 4 ). In this case, the second gear only becomes a movable power transmission 3 which is between the driven wheel 2 and the driving wheel 1 (together in the future called drive wheels) is located. As with the construction with two gears, it will change the bending angle 10 the axis of rotation of the second gear controlled the translation. In this case, the driven and / or the driving wheel, along its axes of rotation by means of swivel / holding device 4 movably formed, so that an operative connection with the power transmission 3 is always guaranteed.

Die Schwenk/Haltevorrichtung 4 wird mithilfe von 4a in der Vorderansicht näher erklärt. Schwenk/Haltevorrichtung 4 befindet sich oberhalb und/oder unterhalb der Halbkugelsphären und ermöglicht gleichzeitig die Schaltung des Getriebes und das gleichmäßige Abrollen aller Zahnräder. Dies wird dadurch erreicht, dass die Zahnräderhalterungen 12 aller Zahnräder mittels ineinander greifender verzahnter Kreisausschnitte 13 zueinander verschenkbar sind (Viertelkreise bei Treibrädern und Halbkreis beim Kraftübertragungsrad siehe Draufsicht 4b). Dabei drehen sich die verzahnten Kreisausschnitte 13 zusammen mit den Zahnrädern um die Schwenkachsen der Zahnräder und bilden somit ihren „Schatten" oder „Halbschatten" und sind mit Zahnräderhalterungen 12 fest verbunden.The swivel / holding device 4 is using by 4a explained in the front view. Pan / holder 4 is located above and / or below the hemispherical spheres and at the same time enables the transmission to be switched and the uniform rolling of all the gears to be achieved. This is achieved by the fact that the gear holders 12 All gear wheels by means of interlocking toothed circular cutouts 13 are verschenkbar to each other (quarter circles at driving wheels and semicircle at the power transmission, see plan view 4b ). The toothed circular cutouts rotate 13 along with the gears around the pivot axes of the gears and thus form their "shadow" or "penumbra" and are with gear holders 12 firmly connected.

Alle drei Zahnräderhalterungen 12 werden so zusammengehalten, dass sie in zu den Großkreismittelpunkten aller Zahnräder senkrechten Punkten mit einem festen Halterahmen 14 in Form eines rechtwinkligen Dreiecks miteinander schwenkbar verbunden sind (4). Ferner besteht eine schwenkbare Verbindung der Antriebsräderhalterungen 12a mit den Antriebsrädern 1, 2 in den zu ihren Kuppenmittelpunkten senkrecht stehenden Punkten mittels Halterahmen 15, welcher stets parallel zur Hypotenuse des dreieckigen Halterahmens 14 verläuft. Die Drehachsen der Antriebsräder 1 und 2 bleiben bei solcher Konstruktion immer parallel zueinander. Die Schwenk/Haltevorrichtung 4 könnte auch auf jede andere mögliche Weise gebaut werden.All three gear holders 12 are held together in such a way that they are in points perpendicular to the great circle centers of all gears with a fixed support frame 14 in the form of a right triangle are pivotally connected to each other ( 4 ). Further, there is a pivotal connection of the drive wheel holders 12a with the drive wheels 1 . 2 in the perpendicular to their summit points points by means of holding frame 15 which is always parallel to the hypotenuse of the triangular support frame 14 runs. The axes of rotation of the drive wheels 1 and 2 stay with such a construction always parallel to each other. The swivel / holding device 4 could also be built in any other possible way.

Abhängig von der Bauweise des Getriebes könnte es notwendig sein, dass beide Antriebsräder so gebildet werden, dass sie gleichzeitig in entgegengesetzte Richtungen parallel zueinander, entlang ihrer Drehachsen auf den Antriebswellen (z. B. auf Rollen) drehfest axial verschoben werden können. Eine solche Konstruktion würde viel Platz sparen. Es ist jedoch ausreichend, wenn nur eines der Antriebsräder oder entlang seiner Drehachse verschoben wird. Eines der Antriebsräder könnte dabei im Getriebegehäuse mit der Antriebswelle fest verbunden werden, wobei das andere Antriebsrad ebenfalls, wie beim Beispiel mit zwei Zahnrädern, über Kardangelenke und/oder Gleichlaufgelenke und Teleskopverbindung (zum Ausgleich der Antriebswellenlänge aufgrund einer Verschiebung) oder andere ähnliche Vorrichtung an die Abtriebswelle gekoppelt wird. Diese Variante des Getriebeaufbaus könnte bspw. für vorderachsangetriebene Fahrzeuge vom Vorteil sein.Depending on the construction of the transmission could it must be necessary that both drive wheels are formed so that they simultaneously in opposite directions parallel to each other, along their axes of rotation on the drive shafts (eg on rollers) can be moved axially against rotation. Such a construction would be a lot Save space. However, it is sufficient if only one of the drive wheels or is moved along its axis of rotation. One of the drive wheels could be in the gearbox be firmly connected to the drive shaft, wherein the other drive wheel also, as in the example with two gears, cardan joints and / or Constant velocity joints and telescopic connection (to compensate for the drive shaft length due to a shift) or other similar Device is coupled to the output shaft. This variant of the Gear assembly could for example for be advantage of front-wheel drive vehicles.

Das Funktionsprinzip wird nachfolgend im Bezug auf 4 näher erläutert. Bei niedrigen Übersetzungen überträgt das antreibende Rad 1 bspw. die Motorkraft mit seinem kleinsten Wälzkreisdurchmesser (künftig Wälzkreis) an das zweite Rad, Kraftübertragungsrad 3, welches gleichzeitig bei seinem größten Wälzkreis mit dem antreibenden Rad 2 und bei seinem kleinsten Wälzkreis mit dem größten Wälzkreis des angetriebenen Rades 2 in Wirkverbindung steht. Mit Änderung des Beugewinkels 10 mittels Schwenk/Haltevorrichtung 4 vergrößert sich der Wälzkreis des antreibenden Rades 1 bei gleichzeitigem Kleinerwerden des Wälzkreises des damit verbundenen Kraftübertragungsrades 3. Während der Wälzkreis des in Verbindung mit angetriebenen Rad 2 stehenden Kraftübertragungsrades 3 sich vergrößert, wird der Wälz kreis des angetriebenen Rades 2 kleiner. So kann die Übersetzung stufenlos gesteigert werden.The operating principle is described below with reference to 4 explained in more detail. At low ratios, the driving wheel transmits 1 for example the Motor power with its smallest pitch circle diameter (future pitch circle) to the second wheel, power transmission 3 , which at the same time at its largest rolling circle with the driving wheel 2 and at its smallest pitch circle with the largest pitch circle of the driven wheel 2 is in active connection. With change of the bend angle 10 by means of swiveling / holding device 4 increases the pitch circle of the driving wheel 1 while simultaneously reducing the pitch circle of the associated power transmission wheel 3 , During the pitch circle of the driven wheel in conjunction 2 stationary power transmission wheel 3 increases, the rolling circle of the driven wheel 2 smaller. So the translation can be continuously increased.

Die Vorteile der Konstruktion des Getriebes mit drei Zahnrädern bestehen darin, dass der Wirkungsgrad eines solchen Getriebes nahezu verdoppelt wird, was die Ausführung der kleineren Zahnräder ermöglicht und somit eine einfache und kompakte Bauweise zulässt.The Advantages of the design of the transmission with three gears exist in that the efficiency of such a transmission almost doubled becomes what the execution the smaller gears allows and thus allows a simple and compact design.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung mit zwei, drei oder mehr Zahnrädern werden sämtliche halbkugelartigen Zahnräder 1, 2 und 3 in ihren Großkreismittelpunkten am Getriebegehäuse 8 schwenkbar in einer Ebene und drehbar gelagert, wobei der Antrieb mittels Kegelräder, Tellerräder, Gleichlaufgelenke und/oder Kardangelenke 7 an die Antriebs- und Abtriebswelle 5, 6 übertragen wird. Somit kann das Getriebe noch kompakter ausgeführt werden (5). Die Benutzung der Kegelräder oder Tellerräder wird dadurch ermöglicht, dass sich die Zahnräder 1, 2 und 3 aufgrund ihrer schwenkbaren Verbindung mit dem Getriebegehäuse 8 in ihrem Großkreismittelpunkt beim gleichmäßigen gegenseitigen Abrollen im gleichen Radius zueinander schwenken. Hierbei können die Zahnräder bspw. innen ganz oder teilweise hohl gebildet sein, um Platz für Kegel-, und/oder Tellerräder zu schaffen. Dies ist allerdings nicht zwingend notwendig, da die Kegel-, und/oder Tellerräder, wie abgebildet, auf der anderen Seite von der schwenkbaren Befestigung, spiegelverkehrt zu den Zahnrädern angebracht werden können. Mithilfe einer Schwenkvorrichtung 4, wird einerseits das unerwünschte Schwenken der Zahnräder bei Benutzung der Kegel- oder Tellerräder, angesichts der nachfolgend beschriebenen Kraft bei Bedarf verhindert, und andererseits das gleichmäßige Abrollen der Zahnräder mittels verzahnter Kreisausschnitte (hier nicht abgebildet) gewährleistet. Dieses Ausführungsbeispiel kann bei Bedarf und bei entsprechender Bauweise auch mit nur zwei Zahnrädern gebildet werden.In an advantageous embodiment of the invention with two, three or more gears are all hemispherical gears 1 . 2 and 3 in their Großkreismittelpunkten on the gearbox 8th pivotally mounted in a plane and rotatably, the drive by means of bevel gears, ring gears, constant velocity joints and / or universal joints 7 to the drive and output shaft 5 . 6 is transmitted. Thus, the transmission can be made even more compact ( 5 ). The use of bevel gears or crown wheels is made possible by the fact that the gears 1 . 2 and 3 due to its pivotal connection with the gearbox 8th in their great circle center point when uniform mutual rolling in the same radius to each other. In this case, the gears may, for example, inside completely or partially formed hollow to make room for conical and / or crown wheels. However, this is not absolutely necessary, as the bevel and / or ring gears, as shown, on the other side of the pivotal attachment, mirrored to the gears can be mounted. Using a swivel device 4 , On the one hand unwanted pivoting of the gears when using the bevel or ring gears, in view of the force described below, if necessary, prevented, and on the other hand, the uniform rolling of the gears by means of toothed circular cutouts (not shown here) guaranteed. This embodiment can also be formed with only two gears if necessary and with appropriate design.

Bei der Verwendung der Kegelräder und/oder Tellerräder zur Kraftübertragung an die Antriebs- und Abtriebswelle 5 und 6 entsteht beim Normalbetrieb des Getriebes um die Schwenkachsen der Antriebsräder ein zusätzliches Drehmoment (nachfolgend Schwenkkraft genannt, siehe M), das gänzlich oder hilfsweise für mechanisch-automatische Regelung des Übersetzungsverhältnisses genutzt werden kann. Das Funk tionsprinzip wird anhand von 5 dargelegt. Bei einer bestimmten Positionierung der Kegelräder 7a und einer am Getriebegehäuse 8 verschwenkbaren Lagerung aller Zahnräder 1, 2 und 3 in ihrem Großkreismittelpunkt (wie im o. g. Beispiel beschrieben) wirkt diese Schwenkkraft M auf die Antriebsräder 1 und 2 proportional zum Drehmoment des Antriebs, bei größerem Drehmoment stärker als bei kleinerem. Die Schwenkkraft M würde so die beiden Antriebsräder 1 und 2 zwingen, sich um ihre Schwenkachsen zu verschwenken, was eine Änderung des Beugewinkels 10 und somit auch Änderung der Übersetzung bedeutet. Dabei kann die Konstruktion so ausgeführt werden, dass die Antriebsräder 1 und 2 bei Beschleunigung (bspw. eines Fahrzeugs beim Anfahren) durch ein großes Drehmoment gezwungen wären in die kleine Übersetzung („erster Gang") zu schalten (siehe Pfeil I). Es ist nun ein vorgespanntes Spannelement 11 (bspw. Drehfeder, Zugfeder, Druckfeder usw.) vorgesehen, welches gegen die Schwenkkraft M wirkt (siehe F), so dass die Antriebsräder 1 und 2, zwischen denen sich das Übertragungsrad 3 befindet, geneigt sind in höhere Übersetzungen geschaltet zu werden. Nach Erreichen einer konstanten Geschwindigkeit des Fahrzeugs würde das Drehmoment und somit die Schwenkkraft M kontinuierlich sinken, und das Getriebe würde mit Hilfe des Spannelements 11 stufenlos in höhere Übersetzungen verstellt (siehe Pfeil II). Bei Bergauffahrt oder nach der Betätigung der Bremse, steigen das Drehmoment und somit auch die Schwenkkraft M wieder, und das Getriebe würde automatisch gegen die Spannkraft F des Spannelements 11 in niedrigere Übersetzung schalten. So kann das Getriebe bei nahezu gleich bleibender Drehzahl des Motors automatisch geschaltet werden.When using the bevel gears and / or ring gears for power transmission to the input and output shafts 5 and 6 arises during normal operation of the transmission to the pivot axes of the drive wheels an additional torque (hereinafter called pivoting force, see M), which can be used wholly or alternatively for mechanical-automatic control of the transmission ratio. The func tion principle is based on 5 explained. For a specific positioning of the bevel gears 7a and one on the transmission housing 8th pivotable storage of all gears 1 . 2 and 3 in their Großkreismittelpunkt (as described in the example above) this pivoting force M acts on the drive wheels 1 and 2 proportional to the torque of the drive, with larger torque stronger than smaller. The pivoting force M would be the two drive wheels 1 and 2 force them to pivot about their pivot axes, causing a change in the bend angle 10 and thus change the translation means. In this case, the construction can be carried out so that the drive wheels 1 and 2 in acceleration (eg of a vehicle when starting) would be forced by a large torque in the small ratio ("first gear") to switch (see arrow I.) It is now a biased clamping element 11 (For example, torsion spring, tension spring, compression spring, etc.) is provided which acts against the pivoting force M (see F), so that the drive wheels 1 and 2 , between which is the transmission wheel 3 are inclined to be switched to higher translations. After reaching a constant speed of the vehicle, the torque and thus the swivel force M would continuously decrease, and the transmission would with the help of the clamping element 11 infinitely variable in higher ratios (see arrow II). When driving uphill or after the operation of the brake, the torque and thus also the pivoting force M increase again, and the transmission would automatically against the clamping force F of the clamping element 11 switch to lower gear ratio. Thus, the transmission can be automatically switched at almost constant speed of the engine.

Das Gegenspiel der Wirkungskräfte der Schwenkkraft und des Spannelements sind mit der Kegelrädergröße und der Kraft, Art und Position des Spannelements an die Parameter wie Fahrzeugmasse, Motorstärke, günstigste Drehzahl und Drehmoment usw. optimal anzupassen.The Counterplay of the forces of action the pivoting force and the clamping element are with the bevel gear size and Force, type and position of the clamping element to the parameters such as vehicle mass, Engine power, best Speed and torque, etc. optimally adapt.

Diese Weiterentwicklung kann ebenfalls als Zusatz zu einer konventionellen, elektronisch oder mechanisch gesteuerten Schaltung der Übersetzung genutzt werden.These Further development can also be seen as an addition to a conventional, used electronically or mechanically controlled circuit of the translation become.

Weitere mögliche AusführungsformenOther possible embodiments

Die Wahl der Form der Zahnräder kann abhängig von der Konstruktion und Verwendung des Getriebes unterschiedlich ausfallen, z. B. zeigt (6) in der Seitenansicht und Draufsicht eine auf einem ganzflächig verzahnten Tellerrad 2 vom Mittelpunkt zum Großkreis gleichmäßig abrollendes, entsprechend verzahntes Halbellipsoid 1 als Ritzel. Der Radius des Tellerzahnrades, der parallel zur Drehachse des Halbellipsoids 1 angeordnet ist, entspricht dabei dem halben Kreisbogen des Halbellipsoids.The choice of the shape of the gears may vary depending on the design and use of the transmission, z. B. shows ( 6 ) in the side view and plan view on an all-toothed crown wheel 2 From the center to the great circle evenly rolling, correspondingly toothed Halbellipsoid 1 as a pinion. The radius of the plate gear, which is parallel to the axis of rotation of the semi-ellipsoid 1 is arranged, corresponds to half the arc of the semi-ellipsoid.

Auch kann ein Zahnrad (Ritzel) als eine Halbkugel 1 gebildet sein, das auf der entsprechend verzahnten Außenkante eines Stirnrades 2 abrollt. Dabei sind die Drehachsen des Stirnrades 2 und der Halbkugel 1 bei höchster Übersetzung parallel zueinander ausgerichtet. Mit Schwenken der Halbkugel wird die Übersetzung variiert (7). Das Stirnrad kann auch Platz sparend in Form eines innenverzahnten Zylinders mit einer in ihm schwenkenden Halbkugel gebildet werden. Anstelle des Stirnrades kann auch ein verzahntes Kegelrad zum Einsatz kommen, was den Wirkungsgrad des Getriebes steigern würde.Also, a gear (pinion) as a hemisphere 1 be formed on the corresponding toothed outer edge of a spur gear 2 rolls. Here are the axes of rotation of the spur gear 2 and the hemisphere 1 aligned at the highest translation parallel to each other. Swinging the hemisphere will vary the translation ( 7 ). The spur gear can also be made to save space in the form of an internally toothed cylinder with a swiveling hemisphere in it. Instead of the spur gear and a toothed bevel gear can be used, which would increase the efficiency of the transmission.

In den beiden letzteren Beispielen ist ebenfalls, durch das Prinzip des gleichmäßigen Abrollens mindestens eines entlang seiner Drehachse abgerundeten Zahnrades auf einem anderen Zahnrad, eine stufenlose Variation des Drehmoments und Drehzahl bei formschlüssiger Verbindung möglich.In the latter two examples is also, by the principle even rolling at least a rounded along its axis of rotation gear on a other gear, a stepless variation of torque and speed with positive locking Connection possible.

Das stufenlose formschlüssige Übersetzungsgetriebe kann bei verschiedenen technischen Anwendungen, wo eine stufenlose Regelung der hohen Drehmomente oder Drehzahlen vonnöten ist, zum Einsatz kommen, unter anderem auch als Fahrradgetriebe. Dabei ist es für sämtliche Kraftfahrzeuge die mithilfe eines Getriebes fortgetrieben werden, insbesondere Pkws, Motorräder, Lastkraftwagen und weitere Nutzfahrzeuge geeignet. Auch kann das Getriebe bei jeder Art der Maschinen bspw. bei Baumaschinen und Werkzeugmaschinen (Fräse-, Bohr-, Hobelmaschinen) oder für Bewegliche Teile im Flugzeug- oder Schiffbau eingesetzt werden.The stepless positive-locking transmission can be used in different technical applications, where a stepless Control of high torques or speeds is needed, for Use, including as a bicycle transmission. It is it for all Motor vehicles driven by a gearbox, in particular Cars, motorbikes, Lorries and other commercial vehicles suitable. Also, that can Transmission in each type of machines, for example, in construction machinery and Machine tools (milling, Drilling, planing machines) or for Moving parts are used in aircraft or shipbuilding.

Claims

Transmission for stepless control of the torque and the speed with one or more gear units, characterized in that its control on a rolling movement of the at least one drive wheel ( 1 ) on at least one other drive wheel ( 2 ).

Transmission according to claim 1, characterized that the driving wheels as gears are formed, which when mutual rolling always exactly to each the same places are positively in operative connection with each other.

Transmission according to claim 2, characterized in that the rolling movement by means of a change in the bending angle ( 10 ) between the gear axes of rotation, with the gear axes of rotation remaining in the same plane.

Transmission according to claim 2 to 3, characterized in that at least one of the gears ( 1 ) or ( 2 ) is rounded along its axis of rotation, each of its cutouts forms a circle perpendicular to its axis of rotation, which lies with its center directly on the axis of rotation.

Transmission according to claim 2 to 4, characterized in that the gears ( 1 ) and ( 2 ) are formed in the form of a hemisphere and point-symmetrical to each other, wherein they touch in their semi-spheres.

Transmission according to claim 2 to 5, characterized in that the stepless variation of the translation by means of changing the bending angle ( 10 ) and thus changing pitch circles of the gears ( 1 ) and ( 2 ) takes place.