DE102012008041B4

DE102012008041B4 - Variables Getriebe

Info

Publication number: DE102012008041B4
Application number: DE102012008041.7A
Authority: DE
Inventors: Eckart Hettlage; Peter Thevis
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2015-07-02
Anticipated expiration: 2032-04-20
Also published as: DE102012008041A1

Abstract

Auf Welle (100) gelagertes variables Zahnrad, welches von einem Zugmittel (7) teilweise umschlungen ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich an mindestens einer Stirnseite des Zahnrades (101) umfangsverteilt, an einer Trägerplatte (102) gelagert, axial verschiebbare Zahnradsegmente (103) befinden, welche in ihrer Gesamtheit ein Zahnrad mit einem von Durchmesser (101) verschiedenen Durchmesser ergeben, wobei die anfangs axial aus der Ebene des Zugmittels (7) verschobenen Zahnradsegmente (103), dem Zugmittel (7) Zugang zu dem Zahnrad (101) gewährend, während der Rotation des Getriebes im nicht vom Zugmittel (7) umschlungenen Teil, beim Passieren eines mehrerer Schaltpositionen fähigen Schalt-Mitnehmers (311), sowie einer ortsfesten, nur zulässige axiale Positionen erlaubenden Sicherheitseinrichtung (308, 309, 310), sequentiell in die Ebene des Zugmittels (7) verschoben werden und so nach einer vollständigen Rotation ein Zahnrad mit dem neuen Durchmesser bilden.

Description

Es gibt zahlreiche Formen von variablen, formschlüssigen Umschlingungsgetrieben, welche unter Last schaltbar sind. Die meisten basieren auf Konzepten mit einer Anzahl von radial verschiebbaren Zahnradsegmenten. Andere, wie z. B. das französische Patent Nr. FR 429 909 A , arbeiten mit seitlich schwenkbaren Zahnradsegmenten.
Bei Anwendungen mit hoher Drehzahl wirkt sich bei diesen Konzepten ihr nicht zu vermeidender Polygonfehler, bzw. Schwierigkeiten durch Fliehkräfte negativ aus. Es kann zu Drehmomentschwankungen, Resonanzschwingungen oder Positionsverlust der Zahnradsegmente führen.
Ziel der folgenden Patentanmeldung ist es diese Nachteile zu vermeiden.
Das variable Getriebe soll dabei folgende Eigenschaften aufweisen:

• Für hohe Drehzahlen geeignet
• Mehrstufiges Schaltgetriebe
• Großer Variationsbereich
• Formschlüssige Kraftübertragung, dadurch hoher Wirkungsgrad
• Unter Last schaltbar
• Minimaler Polygonfehler
• Keine Fliehkraftprobleme
• Kompakte Bauform
• Geringes Gewicht
• Keine Hydraulik notwendig
• Geringe Anzahl von Teilen
• Sehr einfacher Schaltmechanismus
• Zugmittel (Kette oder Zahnriemen) bleibt in einer Ebene

Die hier beschriebene Erfindung eines variablen Zahnrades beruht auf der Anordnung von axial verschiebbaren Zahnradsegmenten, welche in ihrer Gesamtheit Zahnräder verschiedener Durchmesser bilden. Der Schaltvorgang, d. h. der Wechsel von einem Zahnraddurchmesser zum Nächsten erfolgt mittels eines Schaltmechanismus, der den lastfreien, nicht vom Zugmittel umschlungenen Winkelbereich der Zahnradsegmente während der Rotation nutzt. Wegen der Einfachheit des Schaltvorgangs sowie Vermeidung einer Kupplung eignet sich dieses variable Getriebe besonders gut für Automatik-Anwendungen bei Elektrofahrzeugen sowie für Antriebsmaschinen im landwirtschaftlichen Bereich.
Die Beschreibung erfolgt anhand der Figuren.
1 zeigt eine Ausführung des variablen Zahnrades.
Das innere Zahnrad 101 ist fest mit Welle 100 verbunden.
Die Zahnradsegmente 103 können eine lineare, axiale Verschiebung ausführen, bei der sie entweder in die Ebene des inneren Zahnrades 101 bewegt werden um so ein größeres Zahnrad zu bilden oder aus der Ebene des Zahnrades 101 heraus bewegt werden um dem Zugmittel 7, (dargestellt in 11) den Zugriff auf das Zahnrad 101 zu ermöglichen.
Auf der Drehachse 100 ist dazu, neben dem Zahnrad 101, die Trägerplatte 102 angeordnet. Die Trägerplatte 102 besitzt eine Anzahl Führungsschlitze 107 (4), in welchen die Gleitkörper 104 der Zahnradsegmente 103 geführt sind.
1 zeigt die Zahnradsegmente 103 im zur Seite geschobenen Zustand, in welchem das kleine Zahnrad 101 wirksam wird.
Der Schaltvorgang, das heißt das Verschieben der Zahnradsegmente, erfolgt im umschlingungsfreien, lastfreien Bereich des variablen Zahnrades. Eine am Rahmen axial verschiebbare, trichterförmige Mitnehmervorrichtung (nicht dargestellt), welche die Schaltrollen 105 durchlaufen müssen, erzwingt dabei die Verschiebung. In jeder der beiden Endpositionen rasten die Zahnradsegmente 103 ein.
2 zeigt die Zahnradsegment 103 in der Ebene des Zahnrades 101. Sie bilden damit das größere Zahnrad.
3 zeigt die Trägerplatte 102 mit den Führungsschlitzen 107. Dabei ist nur ein Zahnradsegment 103 mit seinem Gleitkörper 104 sowie der Schaltrolle 105 dargestellt.
4 zeigt das variable Zahnrad in Seitenansicht wobei nur ein Zahnradsegment 103 dargestellt ist. Es ist in der Ebene des kleinsten Zahnrades 101 positioniert, bildet also zusammen mit den nicht dargestellten Zahnradsegmenten das größere Zahnrad.
5 zeigt das variable Zahnrad in Seitenansicht mit einem zur Seite geschobenen Zahnradsegment 103. Die übrigen Zahnradsegmente 103 sind weggelassen. Das kleine Zahnrad 101 ist wirksam.
6 zeigt eine weitere Variante des variablen Zahnrades. Mit der drehbar gelagerten Welle 300 ist der zylinderförmige Körper 301 verbunden. An seinem Umfang befinden sich Nuten 307, in welchen Gleitkörper 305 geführt sind. Zur Übersicht ist nur ein Gleitkörper 305 dargestellt. Am Gleitkörper 305 sind in radialer Richtung das kleinste Zahnradsegment 302, das mittlere Zahnradsegment 303 und das größte Zahnradsegment 304 befestigt. Zusätzlich gibt es noch eine Schaltrolle 306, die mit dem herausragenden Ende des Gleitkörpers 305 über eine Drehachse verbunden ist.
7 zeigt alle Gleitkörper 305 mit ihren Zahnradsegmenten 302, 303, 304, wie sie in den Nuten 307 des Körpers 301 stecken. Sie bilden damit 3 vollständige Zahnräder verschiedener Durchmesser. In der Darstellung sind die Gleitkörper 305 in ihrer linken Position platziert. Das Zugmittel 7, (dargestellt in 11) verläuft in der Ebene des kleinsten Zahnrades 302.
8, 9, 10 zeigen noch einmal die Ansicht aus 8, jedoch reduziert auf einen Gleitkörper 305. Zusätzlich dargestellt ist eine Sicherheitseinrichtung 308, 309, 310, welche dafür sorgt, dass ein Schaltvorgang gemäß der Beschreibung, d. h. hier einer Verschiebung der Gleitkörper 305 um eine Position nach rechts, vollständig erfolgt ist bevor das verschobene Zahnradsegment wieder mit dem Zugmittel 7 in Berührung kommt.
Die Sicherheitseinrichtung besteht aus einem Verbindungsteil 308, welches ortsfest am Rahmen (nicht dargestellt) befestigt ist. Die beiden keilförmigen Messer 309 und 310 ragen radial in den Rotationsbereich der Schaltrollen 306 hinein. Nachdem die Gleitkörper 305, entsprechend 7, 8 einzeln von einem trichterförmigen Schaltmitnehmer 311 axial nach rechts bewegt wurden, aber, weil der Schaltvorgang eine gewisse Zeit beansprucht, vielleicht noch nicht ihre Sollposition erreicht haben, wird an Messer 309 ihre axiale Position erzwungen. Falls die axiale Verschiebung durch den Mitnehmer 311 noch zu gering war, wird der entsprechende Gleitkörper 305 von Messer 309 wieder in seine alte Position (8) zurück gesetzt. Wenn jedoch die Verschiebung des Gleitkörpers 305 schon nahe an der axialen Endposition (9) liegt, erzwingt das Messer 309 die vollständige axiale Verschiebung (9). Der Schaltvorgang ist nach einer vollständigen Drehung der Welle 300, wenn alle Schaltrollen 306 die Sicherheitseinrichtung 308, 309, 310 passiert haben, abgeschlossen. Alle Zahnradsegmente 303 befinden sich nun in der Ebene des Zugmittels 7, der Zahnraddurchmesser hat sich von 302 auf 303 vergrößert.
Analog kann ein weiterer Schaltvorgang von Zahnraddurchmesser 303 auf 304 (9 nach 10) erfolgen.
11 zeigt noch einmal den Gesamtaufbau des dreistufigen Getriebes mit dem variablen Zahnrad 302, 303, 304. Der Schaltvorgang, d. h. das axiale Verschieben der Gleitkörper 305, erfolgt während der Drehung im Winkelbereich 311. Danach müssen die Schaltrollen 306 die ortsfeste Sicherheitseinrichtung 308, 309, 310 passieren. Somit haben die Zahnradsegmente vor Eintritt in das Zugmittel 7 eine genau definierte axiale Position.

Claims

Auf Welle (100) gelagertes variables Zahnrad, welches von einem Zugmittel (7) teilweise umschlungen ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich an mindestens einer Stirnseite des Zahnrades (101) umfangsverteilt, an einer Trägerplatte (102) gelagert, axial verschiebbare Zahnradsegmente (103) befinden, welche in ihrer Gesamtheit ein Zahnrad mit einem von Durchmesser (101) verschiedenen Durchmesser ergeben, wobei die anfangs axial aus der Ebene des Zugmittels (7) verschobenen Zahnradsegmente (103), dem Zugmittel (7) Zugang zu dem Zahnrad (101) gewährend, während der Rotation des Getriebes im nicht vom Zugmittel (7) umschlungenen Teil, beim Passieren eines mehrerer Schaltpositionen fähigen Schalt-Mitnehmers (311), sowie einer ortsfesten, nur zulässige axiale Positionen erlaubenden Sicherheitseinrichtung (308, 309, 310), sequentiell in die Ebene des Zugmittels (7) verschoben werden und so nach einer vollständigen Rotation ein Zahnrad mit dem neuen Durchmesser bilden.
Variables Zahnrad nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradsegmente (302, 303, 304), welche in ihrer jeweiligen Gesamtheit Zahnräder mit größer werdendem Durchmesser ergeben, in axialen Abständen an einem Gleitkörper (305) befestigt und damit in den Schlitzen (307) eines auf Welle (300) drehbar gelagerten Zylinders (301) axial verschiebbar sind um, je nach axialer Position, in der Ebene des Zugmittels (7) ein Zahnrad variabler Größe bilden zu können, wobei die axiale Verschiebung der Gleitkörper (305), d. h. der Schaltvorgang, durch eine rahmenseitige, winkelortsfeste, axial verschiebbare Schalt-Mitnehmereinheit (311) sowie durch eine rahmenseitig ortsfeste Sicherheitseinrichtung (308, 309, 310) vorgenommen wird.