DE102009006310A1 - Stufenloses Getriebe - Google Patents

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    • F16HGEARING
    • F16H9/00Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by endless flexible members
    • F16H9/02Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by endless flexible members without members having orbital motion
    • F16H9/24Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by endless flexible members without members having orbital motion using chains or toothed belts, belts in the form of links; Chains or belts specially adapted to such gearing

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Abstract

Ein stufenloses Getriebe (1) mit mindestens einem Variator (2) an dem mindestens ein Umlaufelement (6) zumindest zeitweise formschlüssig mit der Antriebskette (4) verbunden ist, ist so ausgebildet, da) so positioniert wird, dass es formschlüssig in die Antriebskette (4) eingreifen kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein stufenloses Getriebe mit einem variablen Regelkreis und Umlaufelementen zur formschlüssigen Verbindung mit einer Antriebskette nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die bekannten stufenlosen Getriebe besitzen den Nachteil, über eine reibschlüssige Verbindung nur geringe Kräfte und Drehmomente übertragen zu können. Dem gegenüber sind die bekannten formschlüssigen Getriebe nicht stufenlos regelbar. Hier kommt es unter anderem beim Gangwechsel zur Unterbrechung der Leistungsübertragung.
  • Bei stufenlosen Getrieben ist unter anderem es wünschenswert, möglichst hohe Kräfte übertragen zu können. Die meisten stufenlosen Getriebe übertragen Kräfte reibschlüssig durch eine Umschlingung. Dies hat zur Folge, dass nur relativ geringe Kräfte übertragen werden können. So werden diese Getriebe heutzutage insbesondere bei kleinen und mittelgroßen Fahrzeugen eingesetzt. In Lastkraftwagen finden sie so gut wie keine Anwendung. Eine Ausnahme bilden die stufenlos regelbaren hydraulischen Antriebe. Sie erlauben jedoch nur eine relativ geringe Höchstgeschwindigkeit und haben einen schlechten Wirkungsgrad.
  • Neben vielen Anmeldungen für stufenlose Getriebe zur reibschlüssigen Kraftübertragung gibt es schon Versuche, höhere Kräfte durch formschlüssige Verbindungen zu übertragen.
  • Die DE 199 53 643 B4 beschäftigt sich mit einem stufenlosen Getriebe zur Übertragung hoher Kräfte. Allerdings ist dieses Getriebe ein Freilauf. Es eignet sich daher nur bedingt für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, da beispielsweise die Bremswirkung des Motors nicht genutzt werden kann. Außerdem ist durch nicht exakte Positionierung der Umlaufelemente ein erhöhter Verschleiß und eine nicht ganz stufenlose Übersetzungsänderung zu erwarten.
  • Auch die EP 1 586 792 A2 beschäftigt sich mit einem stufenlosen formschlüssigen Getriebe. Doch auch hier gibt es keine genaue Positionierung der eingreifenden Zahnräder, was den Verschleiß beschleunigt. Außerdem ist zu erwarten, dass durch die vielen beweglichen Teile kein Einsatz an einem schnelllaufenden Motor eines Kraftfahrzeuges möglich ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Konstruktion eines stufenlosen Getriebes zu ermöglichen, welches die oben genannten Nachteile verhindert.
  • Die Erfindung löst das Problem durch ein stufenloses Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie vorteilhafterweise mit Merkmalen der weiteren Ansprüche.
  • Die Erfindung löst das Problem durch einen Variator. Dieser besitzt ein Regelrad, welches zumindest teilweise von einem Umschlingungsmittel umschlungen ist. Das Regelrad kann Teil eines Kegels sein. Durch Verschiebung des Kegels ändert sich die Größe des Regelrades. Es bietet sich an, eine endlose Antriebskette als Umschlingungsmittel zu nutzen. Ein formschlüssiger Kontakt zwischen Regelrad und Antriebskette wird unter anderem durch Umlaufelemente hergestellt. Die Umlaufelemente drehen sich mit dem Regelrad. Die Umlaufelemente greifen in die Antriebskette ein und stellen so eine formschlüssige Verbindung her. Die Umlaufelemente müssen so ausgebildet sein, dass sie in die Antriebskette eingreifen können. Dies geschieht beispielsweise durch Zahnräder. Es bieten sich aber auch alle anderen Elemente an, die mit der Antriebskette eine formschlüssige Verbindung bilden können. Die Zahnräder müssen drehbar sein um mit ihren Zähnen passend in die umschlingende Antriebskette eingreifen zu können. Sobald jedoch die Antriebskette und das Zahnrad formschlüssig verbunden sind, dürfen die Zahnräder nicht mehr bewegt werden.
  • Ein Umlaufelement besitzt Kontakt zu beiden Ketten. Zur Steuerkette besitzt es dauerhaften formschlüssigen Kontakt. Zur Antriebskette besitzt es nur formschlüssigen Kontakt, wenn diese an der Stelle des Umlaufelements den Regelkreis umschlingt. Ein Umlaufelement besitzt ein Eingangszahnrad. Dieses steht in ständiger formschlüssiger Verbindung mit der Steuerkette. Bei einer Bewegung der Steuerkette relativ zum Umlaufelement dreht sich das Eingangszahnrad. Die Bewegung wird auf ein Ausgangszahnrad übertragen. Dadurch wird dieses so positioniert, dass es mit der Antriebskette eine formschlüssige Verbindung herstellt, sobald diese das Regelrad an der Stelle des Umlaufelements umschlingt. Anstatt des Ausgangszahnrades bietet sich zum Beispiel auch eine Schnecke an.
  • Die Positionierung der Umlaufelemente geschieht durch eine Drehung an dessen Eingangszahnrad relativ zum Regelrad. Dies erfolgt durch eine Steuerkette. Die Steuerkette umschlingt ebenso wie die Antriebskette zumindest teilweise das Regelrad. Auch die Steuerkette ist eine endlose Kette. Es bietet sich an, dass beide Ketten am Regelrad denselben Umschlingungsradius besitzen. Außerdem sollten beide Ketten den gleichen Kettengliederabstand besitzen. So läuft während der Umschlingung genau ein Kettenglied der Antriebskette neben einem Kettenglied der Steuerkette. Es gibt ein eindeutiges Verhältnis für die Position eines Kettengliedes der Antriebskette zu einem Kettenglied der Steuerkette. So kann jedes Umlaufelement durch die Steuerkette so positioniert werden, dass es passend in die Antriebskette eingreifen kann.
  • Bei der Bewegung der Steuerkette relativ zu einem Umlaufelement mit einer bestimmten Relativgeschwindigkeit muss sich das Ausgangszahnrad im Eingriffspunkt für die Antriebskette mit derselben Geschwindigkeit drehen, um ein formschlüssiges Eingreifen mit der Antriebskette bei der Umschlingung zu ermöglichen. Besitzen Antriebskette und Steuerkette unterschiedliche Radien zum Mittelpunkt des Regelkreises bei dessen Umschlingung, so ist ein anderes Geschwindigkeitsverhältnis erforderlich.
  • Das Eingangszahnrad eines Umlaufelements wird durch die Steuerkette so gedreht, dass sich das Ausgangszahnrad für eine formschlüssige Verbindung mit der Antriebskette positioniert. Allerdings darf sich das Ausgangszahnrad nicht verdrehen, während die Antriebskette mit diesem formschlüssig verbunden ist. Dies würde eine Kraftübertragung zwischen der Antriebskette und dem Regelkreis erschweren. So muss das Umlaufelement so gebaut sein, dass sich zwar bei einer Krafteinleitung am Eingangszahnrad das Ausgangszahnrad dreht. Anders herum darf aber eine Krafteinleitung am Ausgangszahnrad nicht zu einer Drehung der Zahnräder relativ zum Regelrad führen.
  • Dies wird beispielsweise durch einen Schneckentrieb im Umlaufelement ermöglicht. Die Kraftübertragungswinkel und Materialien im Schneckentrieb sind so zu wählen, dass eine Drehung des Schneckentriebs nur einseitig bewirkbar ist. Auch eine Verhinderung der Drehung durch den Einbau eines bremsenden Elements ist möglich, jedoch bedeutet dies einen höheren technischen Aufwand.
  • Die Umlaufelemente besitzen immer eine formschlüssige Verbindung mit der Steuerkette. Um dies zu realisieren, ist es sinnvoll, die Umlaufelemente so zu befestigen, so dass ihr Abstand zur Drehachse des Regelrades variabel ist.
  • Es ist auch möglich, dass die Ketten das Regelrad nicht umschlingen und im Wesentlichen nur Kontakt zu den Umlaufelementen besitzen. Doch dann entsteht durch die unterschiedlichen Abstände der Kettenglieder zum Mittelpunkt des Regelrades eine ungleichförmige Übersetzung.
  • Die Steuerkette ist meist länger als der Umfang des Regelrades, da dessen Durchmesser variabel ist. Deshalb wird die Steuerkette beispielsweise durch einen Kettenspanner aufgespannt. Damit die Umlaufelemente nicht mit dem Kettenspanner kollidieren, bietet es sich an, eine breite Kette zu wählen.
  • Der Variator eignet sich sowohl für den Antrieb, als auch für den Abtrieb des Getriebes. Um die Kraft weiter zu übertragen, verläuft die Antriebskette noch über ein weiteres Zahnrad oder einen zweiten Variator. Dieser zweite Variator kann auch wie oben beschrieben aufgebaut sein. Die benötigte Länge der Antriebskette ändert sich mit dem Radius des Regelkreises. So ist es sinnvoll, die Antriebskette nicht nur noch über ein zweites Rad zur Kraftübertragung laufen zu lassen, sondern auch über verstellbares Rad zur Kettenspannung. Dieses kompensiert die durch unterschiedliche Radien des Regelkreises benötigte Länge der Antriebskette.
  • Die Veränderung der Spreizung des stufenlosen Getriebes kann durch den Einsatz eines Planetengetriebes geschehen.
  • In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt:
  • 1 zeigt eine schematische Draufsicht des stufenlosen Getriebes.
  • 2 zeigt die schematische Darstellung einer möglichen Variante der Aufnahme.
  • 3 zeigt den Kegel in perspektivischer Darstellung. Zu sehen ist auch das Regelrad.
  • 4 zeigt den Kegel von seiner Kegelspitze aus betrachtet. Zu sehen ist die hier kreuzartige Aussparung für die Halterung der Umlaufelemente.
  • 5 zeigt die Halterung der Umlaufelemente.
  • In der 1 ist eine Ausführungsmöglichkeit eines stufenlosen Getriebes (1) gemäß der Erfindung dargestellt. Im Variator (2) befindet sich das Regelrad (3) des Getriebes. Durch den Variator (2) lässt sich der Radius des Regelrades (3) beeinflussen. Hierüber lässt sich auch die Übersetzung des stufenlosen Getriebes (1) beeinflussen. Die Kraftübertragung erfolgt über die Antriebskette (4). Sie überträgt Kräfte vom Zahnrad (5) zum Variator (2) oder anders herum. Die Kraftübertragung zwischen Variator (2) und Antriebskette (4) erfolgt besonders über Umlaufelemente (6) auf dem Variator (2), die zeitweise eine formschlüssige Verbindung zur Antriebskette (4) besitzen.
  • Ein Umlaufelement (6) wird durch eine Steuerkette (7) für einen formschlüssigen Kontakt mit der Antriebskette (4) positioniert. Diese Steuerkette (7) besitzt vorzugsweise denselben Gliederabstand wie die Antriebskette (4) und läuft während der Umschlingung des Regelrades (3) im selben Umschlingungsradius wie die Antriebskette (4). Die Umlaufelemente (6) haben dauerhaften Kontakt zur Steuerkette (7). Deshalb sollte ihr Abstand zur Drehachse des Regelrades (3) variabel sein.
  • 2 zeigt schematisch die Mechanik eines Umlaufelements (6) mit unter anderem einem Eingangszahnrad (8) für den dauerhaften formschlüssigen Eingriff in die Steuerkette (7), sowie einem Ausgangszahnrad (9) für einen formschlüssigen Eingriff in die Antriebskette (4) während diese das Regelrad (3) umschlingt. Eingangszahnrad (8) und Ausgangszahnrad (9) sind über eine Mechanik derart miteinander verbunden, dass die Eingriffsstellen (10) bei einer Drehung der Zahnräder (8, 9) dieselben Geschwindigkeiten besitzen. Um das Ausgangszahnrad (9) richtig zu positionieren, lässt sich dessen Drehung durch eine Drehung des Eingangszahnrades (8) bewirken. Der Schneckentrieb (11), der die Drehung der Zahnräder (8, 9) bei Krafteinwirkung der Antriebskette (4) auf das Ausgangsrad (9) verhindert, ist ebenfalls dargestellt.
  • Der Kegel (12), als Teil des Variators (2) ist in 3 zu sehen. Eine Veränderung des Radius des Regelrades (3) ist durch eine Verschiebung des Kegels (12) entlang seiner Drehachse (13) bewirkbar.
  • Auch in 4 ist der Kegel (12) zu sehen, hier ist er von seiner Kegelspitze aus betrachtet. Zu erkennen sind auch die Aussparungen (14) zur Aufnahme der Umlaufelemente (4), sowie deren Halterung (15).
  • 5 zeigt die Umlaufelemente (4), sowie ihre Halterung (15). Die Kraftübertragung zwischen Antriebskette (4) und Regelrad (3) erfolgt über die Umlaufelemente (4) und deren Halterung (15).
  • Zur Straffung der Antriebskette (4) und der Steuerkette (7) werden diese durch zusätzliche Elemente, vorzugsweise Rollen (16), gespannt. Auch eine Straffung durch eine Bewegung der Drehachse des Zahnrades (5) ist möglich. Auch mehrere Antriebsketten (4) und/oder mehrere Steuerketten (7) können verwendet werden.
  • 1
    Stufenloses Getriebe
    2
    Variator
    3
    Regelrad
    4
    Antriebskette
    5
    Zahnrad
    6
    Umlaufelement
    7
    Steuerkette
    8
    Eingangszahnrad
    9
    Ausgangszahnrad
    10
    Eingriffsstellen
    11
    Schneckengetriebe
    12
    Kegel
    13
    Drehachse
    14
    Aussparungen
    15
    Halterung
    16
    Rollen
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 19953643 B4 [0005]
    • - EP 1586792 A2 [0006]

Claims (9)

  1. Stufenloses Getriebe (1) mit mindestens einem Variator (2), mindestens einem Umlaufelement (6), mindestens einer Antriebskette (4) und einer mindestens einer Steuerkette (7), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Umlaufelement (6) durch mindestens eine Steuerkette (7) positioniert wird.
  2. Stufenloses Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Umlaufelement (6) durch eine Steuerkette (7) so positioniert wird, dass eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Umlaufelement (6) und der Antriebskette (4) entsteht.
  3. Stufenloses Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragung im Wesentlichen durch das blockierende Schneckengetriebe (11) in den Umlaufelementen (6) stattfindet.
  4. Stufenloses Getriebe (1) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Positionierung des Umlaufelements (6) durch eine Krafteinwirkung durch die Steuerkette (7) aber nicht durch eine Krafteinwirkung durch die Antriebskette (4) bewirkbar ist.
  5. Stufenloses Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Umlaufelement (6) über eine sich selbst sperrende Mechanik verfügt.
  6. Stufenloses Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Umlaufelement (6) mindestens ein Schneckengetriebe (11) eingebaut ist.
  7. Stufenloses Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierung der Umlaufelemente (6) durch ein anderes Element als eine Steuerkette (7) erfolgt.
  8. Stufenloses Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskette (4) und die Steuerkette (7) den gleichen Abstand ihrer Kettenglieder besitzen.
  9. Stufenloses Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskette (4) und die Steuerkette (7) bei der Umschlingung des Variators (2) denselben Umschlingungsradius besitzen.
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