-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein stufenlos einstellbares
Getriebe und spezieller bezieht sie sich auf ein stufenlos einstellbares
Getriebe mit Keilriemen für
ein Kraftfahrzeug.
-
Allgemein
ist ein stufenlos einstellbares Getriebe, wie es beispielsweise
in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. JP64-58848A (1989)
beschrieben ist, vorgeschlagen worden, das eine Antriebsrolle, eine
Abtriebsrolle, einen Metallriemen, der um die Antriebs- und Abtriebsrollen
angeordnet ist, einen Druckregelmechanismus, der an zumindest einer
dieser Rollen zum Ausüben
einer Axialkraft angebracht ist, die dem aufgebrachten Drehmoment
entspricht, und Hubmechanismen (Betätigungsgliedmechanismen), die
an den Antriebs- bzw. Abtriebsrollen (Riemenscheiben) angebracht
sind, zum Bewegen der beweglichen Scheiben in die Axialrichtung
und eine Schaltvorrichtung zum Betreiben des Hubmechanismus zum
Zeitpunkt des Wechseln des Übersetzungsverhältnisses
umfaßt.
-
Die
Schaltvorrichtung umfaßt
einen Motor, eine Betätigungswelle
mit einem Paar von Zahnrädern,
die mit den Hubmechanismen der Antriebs- bzw. Abtriebsrollen verbunden
sind, einen Untersetzungsmechanismus, der aus einem umkehrbaren Getriebezug
besteht, der den Motor mit der Betätigungswelle verbindet, und
eine elektromagnetische Bremse umfaßt, die eine Ausgangswelle
des Motors aufgehängt
hält, wenn
der Motor nicht in Betrieb ist.
-
Da
der Metallriemen, der bei diesem Getriebe verwendet wird, jedoch
einen beträchtlich
kleinen Reibungskoeffizienten μ gegenüber den
Rollen aufweist, sollte der Druckregelmechanismus, wie z. B. ein
Druckregel-Nockenmechanismus, notwendigerweise an zumindest einer
der Rollen, zum Übertragen
des Drehmoments angebracht sein. Der Druckregelmechanismus preßt die feststehende
Scheibe von hinten, so daß der
Riemen mit der Rolle in Druckkontakt gelangt. Nichtsdestotrotz übt diese
Druckkraft, die an den Hubmechanismus über den Riemen und die bewegliche
Scheibe übertragen
wird, eine schwere Belastung auf den Hubmechanismus aus. Eine Schraubeneinrichtung,
wie z. B. ein Kugelgewindemechanismus, wird als der Hubmechanismus verwendet.
Wenn eine solche Schraubeneinrichtung jedoch unter einer großen Axialkraft
betrieben wird, wird die Schraubeneinrichtung schnell abgenutzt, was
zu einer verringerten Dauerhaftigkeit führt. Wenn eine solche große Axialkraft
auf den Hubmechanismus ausgeübt
wird, ist ferner eine größere Drehkraft zum
Betreiben des Hubmechanismus erforderlich. Folglich sollte der Motor
hinsichtlich seiner Größe und seines
Verbrauchs an elektrischer Leistung größer ausgelegt sein. Selbst
wenn der Getriebewirkungsgrad des Untersetzungsmechanismus verbessert
ist, führt
dies nicht immer zu einer Miniaturisierung oder Leistungseinsparung
des Motors.
-
Neben
dem vorstehend beschriebenen Metallriemen (Naß-Typ-Riemen) kann auch ein Trocken-Typ-Riemen,
der die Reibungsoberfläche,
die aus einem Harz oder Gummi etc. besteht, zum Berühren der
Rollen aufweist, ebenfalls eingesetzt werden. Da der Metallriemen
mit Öl
geschmiert ist, ist der Reibungskoeffizient μ zwischen dem Riemen und den
Rollen klein, wodurch starke Klemmkräfte, die durch den Druckregelmechanismus
erzeugt werden, auf den Metallriemen ausgeübt werden sollten, um den vorgeschriebenen
Getriebewirkungsgrad zu erreichen. Im Gegensatz dazu weist der Trocken-Typ-Riemen,
der nicht mit Öl
geschmiert ist, einen großen
Reibungskoeffizienten μ gegenüber den Rollen
auf, wodurch ein hoher Pegel eines Getriebewirkungsgrads ohne die
starken Klemmkräfte
auf den Riemen durch die Rollen erreicht werden kann.
-
Dementsprechend
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein stufenlos einstellbares Getriebe
unter Verwendung eines Trocken-Typ-Riemens zu schaffen, das die
vorstehenden Probleme lösen
oder verhindern kann.
-
Diese
Aufgabe kann durch ein stufenlos einstellbares Getriebe gemäß Anspruch
1 gelöst
werden.
-
Das
Getriebe der vorliegenden Erfindung weist eine Antriebsrolle mit
einer feststehenden Scheibe auf, die auf einer Antriebswelle angebracht ist,
und einer beweglichen Scheibe, die durch die Antriebswelle unterstützt wird,
die in die Axialrichtung beweglich ist, eine Abtriebsrolle (mitgenommene Rolle)
mit einer feststehenden Scheibe, die auf einer Abtriebswelle angebracht
ist, und einer beweglichen Scheibe, die durch die Abtriebswelle
unterstützt
wird, die in die Axialrichtung beweglich ist, und einen Endlos-Trocken-Typ-Riemen,
der um die Antriebs- und Abtriebsrollen gewunden ist. Die Riemenspannung wird
durch eine Spannungseinstellungsvorrichtung erzeugt, die eine ungespannte
(schlaffe) Seite des Riemens preßt. Um das Übersetzungsverhältnis zu verändern, weist
das Getriebe der vorliegenden Erfindung ferner einen Verhältnisänderungsmotor,
einen Hubmechanismus, der auf der Antriebs- bzw. der Abtriebsrolle
zum axialen Verschieben der beweglichen Scheibe abhängig von
der eingegebenen Drehkraft, die durch den Motor erzeugt wird, vorgesehen ist,
und einen Getriebemechanismus zum Übertragen der Drehkraft des
Motors auf den Hubmechanismus auf jeder der Rollen sowie für ein mechanisches Verbinden
beider Hubmechanismen in einer solchen Weise, daß die beweglichen Scheiben
von beiden Rollen synchron und axial in entgegengesetzte Richtungen
zueinander bezüglich
der feststehenden Scheiben verschoben werden können, auf.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung wird die Drehkraft des Motors an die
Hubmechanismen von sowohl den Rollen über den Getriebemechanismus übertragen,
um die beweglichen Scheiben von beiden Rollen synchron und axial
in entgegengesetzte Richtungen zueinander bezüglich der feststehenden Scheiben
zu verschieben. Die Breiten der Rillen von beiden Rollen ändern sich
entgegengesetzt zueinander. Der Drehwinkel des Motors wird in die
Wegdistanz der beweglichen Scheiben in die Axialrichtung durch den
Hubmechanismus umgewandelt, so daß das Übersetzungsverhältnis auf
ein ordnungsgemäßes Verhältnis exakt
gesteuert werden kann.
-
Die
axiale reaktive Kraft des Riemens, die auf die beweglichen Scheiben
wirkt, wird ebenfalls in eine Drehkraft durch den Hubmechanismus
umgewandelt. Diese umgewandelte Drehkraft, die an einer Rolle erzeugt
wird, wird an die andere Rolle als eine umgekehrte Drehkraft über den
Getriebemechanismus übertragen.
Dementsprechend ist es für
den Motor ausreichend, den Getriebemechanismus durch eine Kraft
abhängig
von der Differenz zwischen den umgewandelten Drehkräften auf
beiden Rollen anzutreiben, so daß der Motor mit einer kleineren
Drehkraft das Übersetzungsverhältnis verändern kann.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung wird die Riemenspannung nicht durch Ausüben einer
axialen Druckkraft auf die Rolle erzeugt, sondern durch Pressen
der ungespannten Seite des Riemens mittels einer Spannungseinstellungsvorrichtung
erzeugt. Im Falle eines Trocken-Typ-Riemens ist der Reibungskoeffizient
zwischen den Rollen und dem Riemen so groß, daß eine Riemenspannung, die
zum Übertragen
des Antriebsdrehmoments erforderlich ist, durch diese Spannungseinstellungsvorrichtung,
die die ungespannte Seite des Riemens preßt, ausreichend erzeugt werden
kann. Dementsprechend kann der Hubmechanismus der vorliegenden Erfindung
reibungslos arbeiten, weil die überschüssige Axialkraft nicht
auf den Hubmechanismus ausgeübt
wird. Die Drehkraft des Motors wird in die Axialkraft zum Verschieben
der beweglichen Scheiben über
den Getriebemechanismus und den Hubmechanismus ohne Verlust umgewandelt.
Infolgedessen kann die Schaltantwort dieses Getriebes verbessert
werden, was zu einem guten Verhalten des Zurückkehrens in den unteren Bereich
des Übersetzungsverhältnisses
bei einer scharfen Bremsoperation führt. Ferner kann der Motor
aus dem gleichen Grund sowohl größenmäßig als
auch bezüglich
seines Verbrauchs an elektrischer Leistung reduziert werden.
-
Der
Hubmechanismus, der die eingegebene Drehbewegung in eine Axialbewegung
der beweglichen Scheibe umwandelt, kann einen Schraubmechanismus,
wie z. B. einen Kugelgewindemechanismus, umfassen. Bei verschiedenen
Typen von Kugelgewindemechanismen kann er beispielsweise aus einem
ersten Schraubenbauglied, das mit der beweglichen Scheibe über ein
Lager drehbar, jedoch nicht in die Axialrichtung beweglich gekoppelt
ist, einem zweiten Schraubenbauglied, das an einem feststehenden
Bauglied, wie z. B. einem Gehäuse,
befestigt ist, und Kugeln bestehen, die zwischen beiden Schraubenbaugliedern
angeordnet sind. In diesem Fall, wenn eine Drehkraft in das erste
Schraubenbauglied eingegeben wird, wird das erste Schraubenbauglied
zum zweiten Schraubenbauglied mit seiner Drehbewegung axial bewegt,
so daß nur
diese Axialbewegung an die bewegliche Scheibe übertragen wird. Daher kann
sich die bewegliche Scheibe nur in die Axialrichtung bewegen, ohne
in Relation zur feststehenden Scheibe verbogen zu werden.
-
Der
Getriebemechanismus kann ein Schaltantriebszahnrad aufweisen, das
koaxial an die Antriebsrolle angebracht ist, einen Getriebezug zum Übertragen
der Drehkraft des Motors an das Schaltantriebszahnrad auf der Antriebsrolle,
ein weiteres Schaltantriebszahnrad, das koaxial an der Abtriebsrolle
angebracht ist, und eine Schaltbetätigungswelle, die ein erstes
und ein zweites Schaltbetätigungszahnrad
aufweist, die mit den jeweiligen Schaltantriebszahnrädern auf
der Antriebs- und Abtriebrolle Eingriff nehmen. Die Schaltbetätigungswelle
kann die Drehkraft von dem Schaltantriebszahnrad auf der Antriebsrolle
an das Schaltantriebszahnrad auf der Abtriebsrolle übertragen.
-
Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird
die Drehkraft des Motors an das Schaltantriebszahnrad auf der Antriebsrolle
und ferner an das Schaltantriebszahnrad auf der Abtriebsrolle über die Schaltbetriebszahnräder übertragen,
die an der Schaltbetätigungswelle
befestigt sind. Daher ist die Abtriebsrolle aufgrund des Spiels
oder der Biegung des Getriebemechanismus etwas später als
die Antriebsrolle wirksam. Bei einer scharfen Bremsoperation sollte
das Übersetzungsverhältnis in
den unteren Bereich zurückkehren,
bevor das Fahrzeug anhält. Für diese
Rückkehroperation
in den unteren Bereich sollte die Rille der Antriebsrolle geweitet
sein, wohingegen die Rille der Abtriebsrolle verengt sein sollte. Da,
wie vorstehend beschrieben wurde, die Aufweitungsbewegung der Abtriebsrolle
etwas früher
einsetzt, wird es für
die Abtriebsrolle einfacher, ihre Rille zu verengen. Aufgrund dieser
Anordnung kann das bevorzugte Ausführungsbeispiel im Vergleich
zu einem Fall, wo die Drehkraft des Motors an das Schaltantriebszahnrad
auf der Abtriebsrolle, weiter zu den Schaltbetriebszahnrädern und
weiter zu dem Schaltantriebszahnrad auf der Antriebsrolle übertragen wird,
oder im Vergleich zu einem Fall, wo die Drehkraft des Motors geteilt
wird, um an die Schaltantriebszahnräder auf der Antriebs- bzw.
Abtriebsrolle übertragen
zu werden, eine schnellere Rückkehr
in den unteren Bereich erreichen.
-
Bei
dem vorstehend beschriebenen Getriebemechanismus, der die Schaltbetätigungswelle
mit dem ersten und dem zweiten Schaltbetätigungszahnrad umfaßt, die
mit den Schaltantriebszahnrädern
auf der Antriebs- bzw. Abtriebsrolle Eingriff nehmen, können die
axialen Längen
des ersten und des zweiten Schaltbetätigungszahnrads den Hubdistanzen
der Hubmechanismen der Antriebs- bzw. Abtriebsrolle entsprechen.
Die Schaltantriebszahnräder
der Antriebs- und Ab triebsrolle können auch aus Harz gefertigt
sein, wohingegen das erste und das zweite Schaltbetätigungszahnrad
aus Metall gefertigt sein können.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung wird ein Trockentyp-Riemen, der nicht
mit Öl
geschmiert sein sollte, verwendet. Da eine Kammer zum Umschließen der
Rollen nicht geölt
sein sollte, sollte der Getriebemechanismus, der in dieser Kammer
angeordnet ist, auch nicht geölt
sein. Daher wird durch Verwendung von Harzzahnrädern als Schaltantriebszahnräder der
Antriebs- und Abtriebsrollen ein Antrieb in einem nicht geschmierten
Zustand möglich.
In diesem Fall könnten
das erste und das zweite Schaltbetätigungszahnrad ebenfalls aus
Harzzahnrädern gebildet
sein. Da die Ineingriffnahmepositionen dieser Schaltbetätigungszahnräder jedoch
abhängig vom Übersetzungsverhältnis variieren,
sind die Schaltbetätigungszahnräder tendenziell
einem Abweichungsabrieb unterzogen. Daher sollten das erste und
das zweite Schaltbetätigungszahnrad
vorzugsweise durch Metallzahnräder
gebildet sein, die eine höhere
Festigkeit als Harzzahnräder
aufweisen. Wenn die Harzzahnräder
in dem Getriebemechanismus eingesetzt werden, wird die Zeitverzögerung zwischen
den Bewegungen der Abtriebsrolle und der Antriebsrolle aufgrund
der Elastizität
dieser Harzzahnräder
länger.
Somit kann ein höheres
Verhalten des Rückkehrens
in den unteren Bereich des Übersetzungsverhältnisses
bei einer scharfen Bremsoperation erreicht werden.
-
Der
vorstehend beschriebene Getriebemechanismus kann vorzugsweise ein
Getriebezug sein, der aus kreisförmigen
und umschaltbaren Zahnrädern
besteht, wie z. B. gerade und schräg verzahnten Stirnrädern. Wenn
umschaltbare Zahnräder
in dem Getriebemechanismus verwendet werden, wird die Drehkraft
mit einem hohen Übersetzungswirkungsgrad übertragen,
so daß eine
Hochpegelantwort der Verhältnisänderungsoperation
selbst durch Verwendung eines klein ausgelegten Motors erreicht
werden kann. Im Fall von umschaltbaren Zahnrädern kann die Axialkraft, die
auf die bewegliche Scheibe ausgeübt
wird, jedoch dazu dienen, den Hubmechanismus umkehrbar zu drehen,
und kann ferner dazu dienen, die Motorwelle umkehrbar über den
Getriebemechanismus zu drehen. Daher kann sich das Übersetzungsverhältnis möglicherweise
verändern,
wenn kein elektrischer Strom an den Motor angelegt ist. Wenn ein
stufenlos einstellbares Getriebe einen Trockentyp-Riemen mit einem
hohen Reibungskoeffizienten μ aufweist,
kann die Axialkraft, die auf die bewegliche Scheibe ausgeübt wird,
so klein sein, daß das Übersetzungsverhältnis nur
durch den Startwiderstand, der durch einen Magneten im Motor erzeugt
wird, (der nur erzeugt wird, wenn kein elektrischer Strom angelegt
ist) ohne eine exklusive Bremseinrichtung unverändert gehalten werden kann.
Nebenbei bemerkt kann zum Verhindern einer Umkehrdrehung der Motorwelle
aus Sicherheitsgründen
eine Bremseinrichtung hinzugefügt
werden.
-
Bei
dem vorstehend beschriebenen Getriebemechanismus, der die Schaltbetätigungswelle
mit dem ersten und dem zweiten Schaltbetätigungszahnrad umfaßt, die
mit den Schaltantriebszahnrädern
auf der Antriebs- bzw. Abtriebsrolle Eingriff nehmen, kann die Schaltbetätigungswelle
vorzugsweise an einer Position innerhalb einer Laufschleife des
vorstehend beschriebenen Riemens und näher an der gespannten Seite
des Riemens als eine gerade Linie S, die die Mittelpunkte der Achsen
von beiden Rollen verbindet, angeordnet sein. Wenn diese Schaltbetätigungswelle
zum Übertragen
der Drehkraft des Motors an die Hubmechanismen von beiden Rollen
außerhalb
der Laufschleife des Riemens angeordnet wäre, könnte die Distanz zwischen den
Achsen der Antriebs- und Abtriebsrollen verkürzt werden. In diesem Fall
würden
die Zahnräder,
die an dieser Welle befestigt sind, jedoch weitgehend außerhalb
der Rollen vorstehen, was dazu führt,
daß die
Größe des Getriebes
umfangreicher wäre.
Im Gegensatz dazu, wenn die Schaltbetätigungswelle innerhalb der
Laufschleife des Riemens angeordnet ist, können die Rollen und die Zahnräder kompakt
angeordnet sein. Da jedoch die Distanz zwischen den Achsen von beiden Rollen
zu einem gewissen Grad größer werden
kann, kann die Größe des Getriebes
ebenfalls etwas umfangreicher werden. Speziell wenn die Spannungseinstellungsvorrichtung
zum Pressen des Riemens verwendet wird, kann die Interferenz zwischen
dem Riemen und der Schaltbetätigungswelle
oder die zwischen der Spannungseinstellungsvorrichtung und der Schaltbetätigungswelle
in unvorteilhafter Weise auftreten. Angesichts des vorstehenden
wird durch Anordnung der Schaltbetätigungswelle an einer Position
innerhalb der Laufschleife des Riemens und näher an der gespannten Seite
des Riemens als die gerade Linie S, die die Mittelpunkte der Achsen
von beiden Rollen verbindet, eine Kürzung der Distanz zwischen
den Achsen der Antriebs- und Abtriebsrollen möglich, während die Interferenzen zwischen
der Schaltbetätigungswelle
und dem Riemen oder der Spannungseinstellungsvorrichtung verhindert
werden.
-
Der
vorstehend beschriebene Hubmechanismus kann ein erstes Schraubenbauglied
und ein zweites Schraubenbauglied aufweisen, die miteinander Eingriff
nehmen. Das zweite Schraubenbauglied kann durch ein Gehäuse hinsichtlich
einer Drehung gehemmt sein, wohingegen das erste Schraubenbauglied
der beweglichen Scheibe, die über
ein erste Lager drehbar, jedoch nicht in die Axialrichtung gleitbar
ist, zugeordnet sein kann. Das Schaltantriebszahnrad kann an dem
ersten Schraubenbauglied befestigt sein. Der Hubmechanismus kann
ferner ein zweites Lager aufweisen, das die Antriebswelle oder die
Abtriebswelle auf dem Gehäuse
drehbar unterstützt.
Das erste und das zweite Lager können
vorzugsweise so nah aneinander in die Axialrichtung plaziert sein,
daß das
erste und das zweite Schraubenbauglied mit dem ersten und dem zweiten
Lager an der Außenseite
der Lager in eine Radialrichtung teilweise überlappen, wenn die Breite
der Rille der Rolle ihren Höchststand
erreicht hat. In diesem Fall, da diese beiden Lager und die beiden
Schraubenbauglieder teilweise miteinander in die Radialrichtung überlappen,
kann die axiale Länge
des Hubmechanismus gemäß den überlappten
Bereichen gekürzt
werden. Da die Durchmesser des ersten und des zweiten Schraubenbauglieds
größer als
die der beiden Lager sind, können
die Distanzen der Gewindeineingriffnahme dieser Schraubenbauglieder lang
genug sein, um eine stabile Hubbetätigung zu realisieren, selbst
wenn die axialen Längen
derselben kurz sind.
-
Die
vorstehend beschriebene Spannungseinstellungsvorrichtung kann vorzugsweise
eine Spannrolle aufweisen, die mit der ungespannten Seite des Riemens
von außen
in Druckkontakt gelangt, einen Spannarm, dessen eines Ende auf dem
Gehäuse
an einer Position außerhalb
von jeder der Rollen in die Radialrichtung schwenkbar unterstützt wird und
an dessen anderes Ende die Spannrolle angebracht ist, und eine Treibereinrichtung
zum schwenkungsmäßigen Treiben
in eine solche Richtung, daß die
Spannrolle den Riemen preßt.
Der Spannarm kann vorzugsweise länger
als der Durchmesser der Rolle sein und entlang des Außenumfangs
dieser Rolle gekrümmt
sein. Ferner kann der Spannarm vorzugsweise in einer solchen Weise
angeordnet sein, daß sich
der bewegende geometrische Ort der Achse zum Unterstützen der
Spannrolle zwischen der Antriebs- und der Abtriebsrolle bewegt.
Da die Spannrolle die ungespannte Seite des Riemens von außen preßt, um eine
ordnungsgemäße Spannung
zu erzeugen, werden die Kontaktbereiche des Riemens, der um die
Rollen gewunden ist, im Vergleich zu einem Fall, wo der Riemen von
innen gepreßt
wird, vergrößert, wodurch
der Getriebewirkungsgrad verbessert werden kann. Durch Anordnen
des Drehpunkts des Spannarms auf dem Gehäuse an einer Position außerhalb
einer Rolle in eine Radialrichtung und durch Bewirken, daß der Mittelpunkt
in der Breite des Spannarms im wesentlichen dem Mittelpunkt der Rolle
in die Axialrichtung entspricht, wird es möglich, eine mittlere Welle
der Spannrolle an beiden Enden derselben mit dem Spannarm ohne Neigung
zu unterstützen.
Infolgedessen kann die Spannrolle den Riemen in einem hinreichend
ausgeglichenen Zustand kontaktieren.
-
Andere
Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
ausführlich
erörtert.
-
1 ist
eine erweiterte Querschnittsansicht, die ein stufenlos einstellbares
Getriebe gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
2 ist
eine Querschnittsansicht einer Rollenkammer des stufenlos einstellbaren
Getriebes, das in 1 gezeigt ist;
-
3 ist
eine Querschnittsansicht einer Zahnradkammer des stufenlos einstellbaren
Getriebes, das in 1 gezeigt ist;
-
4 ist
eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie A-A in 2 erstellt
wurde;
-
5 ist
eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie B-B in 2 erstellt
wurde;
-
6 ist
eine teilweise fragmentierte Querschnittsansicht einer Spannungseinstellungsvorrichtung
des stufenlos einstellbaren Getriebes, das in 1 gezeigt
ist;
-
7 ist
eine perspektivische Ansicht eines Spannarms;
-
8 ist
ein Skelettdiagramm des stufenlos einstellbaren Getriebes, das in 1 gezeigt
ist;
-
9 stellt
eine Kontaktposition einer Spannrolle mit einem Riemen bei einem
höchsten Übersetzungsver hältnis (bei
einem höchsten
Fahrzeuggeschwindigkeitsverhältnis
oder höchsten Gang)
dar;
-
10 stellt
eine Kontaktposition der Spannrolle zum Riemen bei einem mittleren Übersetzungsverhältnis dar;
-
11 stellt
eine Kontaktposition der Spannrolle zum Riemen bei einem untersten Übersetzungsverhältnis (bei
einem niedrigsten Fahrzeuggeschwindigkeitsverhältnis oder untersten Gang)
dar;
-
12 stellt
die Beziehung zwischen der Riemenspannung und dem Übersetzungsverhältnis dar,
wenn nur eine Spannfeder verwendet wird;
-
13 stellt
die Beziehung zwischen der Riemenspannung und dem Übersetzungsverhältnis dar,
wenn nur eine Kompressionsfeder verwendet wird;
-
14 stellt
die Beziehung zwischen der Riemenspannung und dem Übersetzungsverhältnis dar,
wenn sowohl die Spannfeder als auch die Kompressionsfeder verwendet
werden;
-
15 stellt
eine vergrößerte Querschnittsansicht
des Mechanismus der Abtriebsrolle dar;
-
16 stellt
eine Querschnittsansicht dar, die entlang der Linie C-C in 15 erstellt
wurde.
-
1 bis 7 zeigen
eine spezifische Struktur eines stufenlos einstellbaren Getriebes
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, und 8 zeigt
die Skelettstruktur derselben.
-
Dieses
stufenlos einstellbare Getriebe, das in einem Fahrzeug mit einem
querbefestigten FF-System (FF = Front Engine-Front Drive = Frontmotor-Frontantrieb)
eingesetzt wird, weist allgemein eine Eingangswelle 3,
die durch eine Motorausgangswelle 1 über eine Startkupplung 2 angetrieben wird,
eine Gegenwelle 4, eine Antriebswelle 10, die eine
Antriebsrolle 11 trägt,
eine Abtriebswelle 20, die eine Abtriebsrolle 21 unterstützt, einen
Trockentyp-Endlos-Keilriemen 15,
der um die Antriebsrolle 11 und die Abtriebsrolle 21 läuft, eine
Untersetzungswelle 30, Ausgangswellen 32, die
mit den Rädern
gekoppelt sind, einen Verhältnisänderungsmotor 40, eine
Spannungseinstellungsvorrichtung (Spanner) 50 und dergleichen
auf. Die Eingangswelle 3, die Gegenwelle 4, die
Antriebswelle 10, die Abtriebswelle 20, die Untersetzungswelle 30 und
die Ausgangswellen 32 sind nichtaxial und parallel zueinander
angeordnet.
-
Obwohl
die Startkupplung 2 bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine Trockentypkupplung 1 gebildet
ist, kann auch eine Naßtyp-Kupplung
oder eine Fluidkopplung, wie z. B. ein Drehmomentwandler, verwendet
werden. Die Eingangswelle 3 ist durch einen Getriebekasten
(ein Gehäuse) 60 über ein
Lager drehbar unterstützt.
Die Eingangswelle 3 weist ein Vorwärtsbewegungszahnrad 3a auf,
das auf der Welle 3 drehbar unterstützt wird, und ein Rückwärtsbewegungszahnrad 3b,
das an der Welle 3 befestigt ist. Eine Synchrontyp-Vorwärtsschaltvorrichtung 5 koppelt
das Vorwärtszahnrad 3a selektiv
mit einer Kupplungsnabe 3c, die an der Eingangswelle 3 befestigt
ist. Diese Vorwärtsschaltvorrichtung 5 kann mittels
einer Gabel 7 in drei Positionen verschoben werden, d.
h. in eine Vorwärtsfahrposition
D, eine Neutralposition N oder eine Rückwärtsfahrposition R.
-
Ein
Zahnrad 4a, das in ein Vorwärtszahnrad 3a eingreift,
und ein Zahnrad 4b, das in ein Zahnrad 10a eingreift,
das an einem Ende der Antriebswelle 10 an der Seite nahe
des Motors befestigt ist, sind an der Gegenwelle 4 befestigt.
-
Durch
ordnungsgemäßes Auswählen des Untersetzungsverhältnisses
der Zahnräder 4a und 4b der
Gegenwelle 4, wird das Antriebsdrehmoment von der Eingangswelle 3 zur
Antriebswelle 10 bei einem Untersetzungsverhältnis übertragen,
das für
ein Antreiben des Riemens geeignet ist.
-
Die
Antriebsrolle 11 umfaßt
eine feststehende Scheibe 11a, die auf der Antriebswelle 10 befestigt
ist, eine bewegliche Scheibe 11b, die durch die Antriebswelle 10 in
die Axialrichtung beweglich unterstützt wird, und einen Hubmechanismus 14,
der an der Rückseite
der beweglichen Scheibe 11b vorgesehen ist. Der Hubmechanismus 14 ist
angeordnet, um näher
am Motor zu sein als der Keilriemen 15. Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
ist der Hubmechanismus 14 ein Kugelgewindemechanismus,
das die bewegliche Scheibe 11b in die Axialrichtung abhängig von
der Drehkraft, die von dem Verhältnisänderungsmotor 40 eingegeben
wird, verschiebt. Der Hubmechanismus 14 umfaßt ein weibliches
Schraubenbauglied 14b, das auf der beweglichen Scheibe 11b über ein
Lager 12 drehbar unterstützt wird, ein männliches
Schraubenbauglied 14c, das dem Getriebekasten 60 feststehend
zugeordnet ist, und Kugeln 14a, die zwischen diesem männlichen
und diesem weiblichen Schraubenbauglied 14b und 14c angeordnet
sind. Ein Schaltantriebszahnrad 14d ist am Außenumfang
des weiblichen Schraubenbauglieds 14b befestigt. Das Schaltantriebszahnrad 14d ist
ein dünnes
Harzzahnrad, das im Durchmesser größer als die bewegliche Scheibe 11b der
Antriebsrolle 11 ist. Die Antriebswelle 10 wird
auf dem Getriebekasten 11 über ein Lager 13 drehbar
unterstützt.
Der Außenring
des Lagers 13 ist dem Getriebekasten 60 und dem
männlichen
Schraubenbauglied 14c feststehend zugeordnet.
-
Die
Abtriebsrolle 21 umfaßt
eine feststehende Scheibe 21a, die auf der Abtriebswelle 20 befestigt
ist, eine bewegliche Scheibe 21b, die durch die Abtriebswelle 20 in
die Axialrichtung beweglich unterstützt wird, und einen Hubmechanismus 22,
der an der Rückseite
der beweglichen Scheibe 21b vorgesehen ist. Der Hubmechanismus 22 ist
auf einer Seite gegenüber
dem Motor entfernt vom Keilriemen 15 angeordnet. Der Hubmechanismus 22,
der ebenfalls ein Kugelgewindemechanismus ähnlich dem Hubmechanismus 14 der
Antriebsrolle 11 ist, umfaßt ein weibliches Schraubenbauglied 22b,
das auf der beweglichen Scheibe 21b über ein Lager 22a drehbar unterstützt wird,
ein männliches
Schraubenbauglied 22c, das dem Getriebekasten 60 feststehend
zugeordnet ist, und Kugeln, die zwischen diesen Schraubenbaugliedern
angeordnet sind. Ein Schaltantriebszahnrad 22d ist am Außenumfang
des weiblichen Schraubenbauglieds 22b befestigt. Das Schaltantriebszahnrad 22d ist
ebenfalls ein dünnes
Harzzahnrad, das im Durchmesser größer als die bewegliche Scheibe 21b der
Antriebsrolle 21 ist.
-
Eine
spezifische Struktur des Hubmechanismus 22 wird nun unter
Bezugnahme auf 15 und 16 beschrieben.
Da die Struktur des Hubmechanismus 14 mit der des Betätigungsglieds 22 symmetrisch
ist, wird von einer weitschweifigen Erörterung derselben abgesehen.
-
Wie
vorstehend beschrieben, umfaßt
das Betätigungsglied 22 ein
erstes Lager 18, das weibliche Schraubenbauglied 22b,
das männliche
Schraubenbauglied 22c, das Schaltzahnrad (Antriebszahnrad) 22d und
eine Mehrzahl von Kugeln 22a, die zwischen dem weiblichen
und dem männlichen
Schraubenbauglied 22b und 22c angeordnet sind.
Ein Innenring 18b des Lagers 18 ist auf der beweglichen Scheibe 21b feststehend
eingestellt, und das weibliche Schraubenbauglied 22b und
das Schaltantriebszahnrad 22d sind an einem Außenring 18a über eine Halterung 17 mit
einem kanalförmigen
Querschnitt befestigt. Speziell ist der Außenring 18a an einer
inneren Oberfläche
eines Innenrings 17a der Halterung 17 befestigt,
das Schaltantriebszahnrad 22d ist an einer Außenoberfläche eines
Außenrings 17b der
Halterung 17 befestigt, und das weibliche Schraubenbauglied 22d ist
an einer inneren Oberfläche
des Außenrings 17b der
Halterung 17 befestigt. Ein Ende des männlichen Schraubenbauglieds 22c in
die Axial richtung soll in einen kreisförmigen Raum 23, der durch
das weibliche Schraubenbauglied 22b und eine äußere Oberfläche des
Innenrings 17a der Halterung 17 umgeben ist, eingebracht
werden.
-
Ferner
ist ein zweites Lager 19 zum drehbaren Unterstützen der
Abtriebswelle 20 zwischen dem Getriebekasten 60 und
der Abtriebswelle (Rollenwelle) 20 angeordnet. Ein Innenring 19a des
Lagers 19 ist an der Abtriebswelle 20 befestigt,
und ein Außenring 19b,
in den das andere Ende des männlichen Schraubenbauglieds 22c gepaßt ist,
ist in einen Lagerhalteabschnitt 64 des Getriebekastens 60 feststehend
eingebracht. Speziell weist dieses andere Ende des männlichen
Schraubenbauglieds 22c eine Mehrzahl von vorstehenden Stopfen
(z. B. drei Stopfen) 22c1 in einer
konzyklischen Weise auf, wie in 16 gezeigt
ist, und der Lagerhalteabschnitt 64 weist konkave Abschnitte 65 auf,
die diesen Stopfen 22c1 zugeordnet
sein sollen. Infolgedessen wird die Abtriebswelle 20, die
auch die Rollenwelle ist, durch den Getriebekasten 60 über das
Lager 19 stabil unterstützt,
und das männliche
Schraubenbauglied 22c ist durch den Getriebekasten 60 in
sicherer Weise hinsichtlich einer Drehung gehemmt.
-
Wie
vorstehend beschrieben, sind das weibliche Schraubenbauglied 22b und
das männliche Schraubenbauglied 22c im
Hubmechanismus 22 am Außenumfang der Lager 18 und 19 so
angeordnet, daß die
Schraubenbauglieder 22b und 22c teilweise mit
den Lagern 18 und 19 in die Axialrichtung an der Außenseite
der Lager in Radialrichtung überlappen, wenn
diese Schraubenbauglieder 22b und 22c in der tiefsten
Stellung ineinander eingreifen (wenn die Breite der Rille der Rolle
ihren Höchststand
erreicht hat). Dementsprechend kann die Mindestlänge G des Hubmechanismus 22 in
die Axialrichtung entsprechend der Länge des Bereichs, in dem das
Lager 18 und 19 mit den Schraubenbaugliedern 22b und 22c in
die Axialrichtung teilweise überlappen,
gekürzt werden.
-
Ferner,
weil die kanalförmige
Halterung 17 verwendet wird, kann das Schaltantriebszahnrad 22d an
der Halterung 17 befestigt sein, die am Außenring des
Lagers 18 befestigt ist, so daß das Schaltantriebszahnrad 22d sicher
unterstützt
und sein Abrieb verringert werden kann. Da das weibliche Schraubenbauglied 22b ebenfalls
an der inneren Oberfläche des
Außenrings
der Halterung 17 befestigt ist, kann verhindert werden,
daß das
weibliche Schraubenbauglied 22d geneigt wird, was dazu
führt,
daß der Hubmechanismus
stabiler arbeiten kann.
-
Eine
umgebene Wand 66, die in den Umkreis des Lagerhalteabschnitts 64 des
Getriebekastens 60 einstückig gebildet ist, überlappt
stets mit einer äußeren Oberfläche des
weiblichen Schraubenbauglieds 22d. Infolgedessen sind die
Gewinderillen des männlichen
Schraubenbauglieds 22c ständig mit der umgebenen Wand 66 abgedeckt,
um von Staub reingehalten zu werden. Das weibliche Schraubenbauglied 22b ist
am Außenring 18a über die
kanalförmige
Halterung 17 so befestigt, daß das Ende des kreisförmigen Raumes 23 an
der Seite der beweglichen Scheibe geschlossen ist, wodurch die Gewinderillen
von Staub reingehalten werden können.
-
Ein
Rückwärtszahnrad 24,
das auf der Abtriebswelle 20 an einer Seite drehbar unterstützt wird, die
sich näher
am Motor als die Abtriebsrolle 21 befindet, greift in das
Rückwärtsbewegungszahnrad 3b ein,
das an der Eingangswelle 3 befestigt ist. Eine Rückwärtsschaltvorrichtung 25 koppelt
das Zahnrad 24 selektiv mit einer Kupplungsnabe 26,
die an der Abtriebswelle 20 befestigt ist. Die Gabel 7 zum
Verschieben der vorstehend erwähnten
Vorwärtsschaltvorrichtung 50 ist
ebenfalls der Rückwärtsschaltvorrichtung 25 zugeordnet.
So können
beide Schaltvorrichtungen 5 und 25 durch Manipulieren
der Gabel 7 gleichzeitig verschoben werden. Genauer gesagt, wenn
die Gabel 7 zur rechten Position in 8 verschoben
wird, verbindet die Vorwärtsschaltvorrichtung 5 die
Kupplungsnabe 3c mit dem Vorwärtszahnrad 3a, wohingegen
die Rückwärtsschaltvorrichtung 25 vom
Rückwärts zahnrad 24 getrennt
wird, so daß die
Schaltstellung des Getriebes in den D-Bereich gelangt. Wenn die
Gabel 7 zur mittleren Position verschoben wird, werden
beide Schaltvorrichtungen 5 und 25 vom Vorwärtszahnrad 3a bzw.
dem Rückwärtszahnrad 24 getrennt,
so daß die
Schaltstellung des Getriebes in den N-Bereich erlangt. Wenn die Gabel 7 zur
linken Position in 8 verschoben wird, verbindet
die Rückwärtsschaltvorrichtung 25 die Kupplungsnabe 26 mit
dem Rückwärtszahnrad 3b, wohingegen
die Vorwärtsschaltvorrichtung 5 vom Vorwärtszahnrad 3a getrennt
wird, so daß die
Schaltstellung den Getriebes in den R-Bereich gelangt. Auf diese
Weise, da nur eine Gabel 7 beide Schaltvorrichtungen 5 und 25 betreiben
kann, wird es niemals zu derartigen Schwierigkeiten kommen, daß die Rückwärtsschaltvorrichtung 25 die
Position R zu dem Zeitpunkt einnimmt, wenn die Vorwärtsschaltvorrichtung 5 die
Position D einnimmt.
-
Ein
Reduktionszahnrad 27, das auf einem Ende der Abtriebswelle 20 näher am Motor
einstückig gebildet
ist, greift in ein Zahnrad 30a ein, das an der Untersetzungswelle 30 befestigt
ist. Ferner greift ein Zahnrad 30b, das auf der Untersetzungswelle 30 einstückig gebildet
ist, in ein Ringzahnrad 31a einer Differentialgetriebeeinheit 31 ein.
So werden die Räder des
Kraftfahrzeugs angetrieben, die mit den Ausgangswellen 32,
die auf der Differentialgetriebeeinheit 31 vorgesehen sind,
verbunden sind.
-
Das
vorstehend beschriebene Vorwärtszahnrad 3a und
das Rückwärtszahnrad 3b auf
der Eingangswelle 3, die Vorwärtsschaltvorrichtung 5, die
Zahnräder 4a und 4b auf
der Gegenwelle 4, das Zahnrad 10a auf der Antriebswelle 10,
das Rückwärtszahnrad 24 auf
der Abtriebswelle 20, die Rückwärtsschaltvorrichtung 25,
das Reduktionszahnrad 27, die Zahnräder 30a und 30b auf
dem Reduktionszahnrad 30 und die Differentialgetriebeeinheit 31 sind alle
in einer Zahnradkammer 61 angeordnet, die in dem Getriebekasten 60 an
einer Seite nahe dem Motors gebildet ist. Diese Kammer 61 ist
mit Öl
geschmiert. Im Gegensatz dazu sind die Antriebsrolle 11 und
die Abtriebsrolle 21 in einer Rollenkammer 62 des
Getriebekastens 60 angeordnet, die von der Zahnradkammer 61 durch
eine Trennwand 63 getrennt ist. Die Rollenkammer 62 ist
ein nichtgeschmierter Raum.
-
Die
Leistungsflüsse
zum Zeitpunkt des Vorwärtsfahrens
und des Rückwärtsfahrens
des stufenlos einstellbaren Getriebes mit der vorstehend erwähnten Struktur
werden nachfolgend beschrieben.
-
Zum
Zeitpunkt des Vorwärtsfahrens
wird die Gabel 7 so manipuliert, um die Vorwärtsschaltvorrichtung 5 in
die Vorwärtsposition
D zu verschieben. Die Motorleistung, die von der Startkupplung 2 in
die Eingangswelle 3 eingegeben wird, wird zur Ausgangswelle 32 über das
Vorwärtszahnrad 3a,
die Gegenwelle 4, die Antriebswelle 10, die Antriebsrolle 11, den
Keilriemen 15, die Abtriebsrolle 21, die Abtriebswelle 20,
die Untersetzungswelle 30 und die Differentialgetriebeeinheit 31 übertragen.
Zum Zeitpunkt des Rückwärtsfahrens
wird die Gabel 7 so manipuliert, um die Rückwärtsschaltvorrichtung 25 in
die Rückwärtsposition
R zu verschieben. Die Motorleistung, die von der Startkupplung 2 in
die Eingangswelle 3 eingegeben wurde, wird an die Ausgangswelle 32 über die
Rückwärtszahnräder 3b und 24,
die Abtriebswelle 20, die Untersetzungswelle 30 und
die Differentialgetriebeeinheit 31 übertragen. Beim Rückwärtsfahren
wird die Motorleistung nämlich durch
Umgehung des Keilriemens 15 übertragen.
-
Der
Spanner 50 zum Pressen der ungespannten Seite des Riemens 15 ist
vorgesehen, um eine Riemenspannung zu erzeugen, wie später beschrieben
wird. Beim Rückwärtsfahren,
da der Riemen in eine Rückwärtsrichtung
getrieben wird, können
die ungespannte und die gespannte Seite des Riemens miteinander
ausgetauscht werden. Folglich könnte
der Spanner 50 die gespannte Seite in unvorteilhafter Weise
pressen, um eine exzessive Last auf den Riemen 15 aufzubringen.
Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel,
da jedoch das Antriebsdrehmo ment an den Riemen 15 nur zum
Zeitpunkt des Vorwärtsfahrens übertragen
wird, jedoch nicht zum Zeitpunkt des Rückwärtsfahrens übertragen wird, preßt der Spanner 50 stets
die ungespannte Seite des Keilriemens 15. Somit kann die
Belastung des Riemens 15 reduziert werden, was zu einer
verbesserten Riemendauerfestigkeit führt.
-
Ein
Verhältnisänderungsmechanismus
im stufenlos einstellbaren Getriebe dieses Ausführungsbeispiels wird nun beschrieben.
-
Der
Verhältnisänderungsmotor 40 ist
an der Außenseite
des Getriebekastens 60 positioniert, speziell auf einer
Position schräg über der
Antriebsrolle 11. Der Motor 40 ist ein Servomotor
mit einer Bremse 41. Der Motor 40 weist ein Ausgangszahnrad 42 auf, das
in ein Reduktionszahnrad 45a, das an einem Ende einer ersten
Schaltbetätigungswelle 45 vorgesehen
ist, eingreift. Die erste Schaltbetätigungswelle 45 ist über den
Innenwänden
des Getriebekastens 60 befestigt und in der Rollenkammer 62 zusammen
mit dem Ausgangszahnrad 42 angeordnet. Ein Zahnrad 45b,
das am anderen Ende der ersten Schaltbetätigungswelle 45 vorgesehen
ist, ist ein gerade oder ein schräg verzahntes Stirnrad mit einer
axialen Länge entsprechend
der Hubdistanz der beweglichen Scheibe 11b der Antriebsrolle 11.
Das Zahnrad 45b greift in das Schaltantriebszahnrad 14d ein,
das auf der Antriebsrolle 11 vorgesehen ist. Die erste
Schaltbetätigungswelle 45 und
die Zahnräder 45a und 45b sind
alle aus metallischem Material gebildet. Wenn das Zahnrad 45b der
Welle 45 gedreht wird, wird das Schaltantriebszahnrad 14d ansprechend
darauf gedreht, so daß die
bewegliche Scheibe 11b aufgrund des Kugelgewindemechanismus
(dem Hubmechanismus) 14 axial verschoben werden kann. Die
Breite der Rille der Antriebsrolle 11 (der laufende Durchmesser
des Riemens um die Antriebsrolle) kann nämlich stufenlos verändert werden.
-
Das
Schaltantriebszahnrad 14d der Antriebsrolle 11 greift
auch in ein erstes Schaltbetätigungszahnrad
(ein Mitläufer zahnrad) 46a der
zweiten Schaltbetätigungswelle
(einer Mitläuferwelle) 46 ein,
die über
den Innenwänden
des Getriebekastens 60 befestigt sind. Ein zweites Schaltbetätigungszahnrad
(ein Mitläuferzahnrad) 46b der
zweiten Schaltbetätigungswelle 46 greift
ebenfalls in das Schaltantriebszahnrad 22d der Abtriebsrolle 21 ein. Diese
Schaltbetätigungszahnräder 46a und 46b sind ebenfalls
gerade oder schräg
verzahnte Stirnräder mit
axialen Längen,
die der Hubdistanz der beweglichen Scheiben 11b und 21b, ähnlich dem
Zahnrad 45b der ersten Schaltbetätigungswelle 45 entsprechen.
Die Welle 46 sowie die Zahnräder 46a und 46b sind
aus metallischem Material gebildet. Wie in 2 gezeigt
ist, ist die zweite Schaltbetätigungswelle 46 zwischen
der Antriebsrolle 11 und der Abtriebsrolle 21 und
innerhalb der Laufschleife des Riemens 15 angeordnet. Speziell
die zweite Schaltbetätigungswelle 46 ist
an einer Position angeordnet, die näher an der angespannten Seite
des Riemens 15 ist als an einer geraden Linie S, die die
Mittelpunkte der Achsen der Antriebsrolle 11 und der Abtriebsrolle 21 verbindet
(siehe 2). Durch Anordnen der zweiten Schaltbetätigungswelle 46 abseits
der geraden Linie S, die die Mittelpunkte der Achsen der Rollen 11 und 21 verbindet,
kann die Distanz zwischen den Achsen von diesen zwei Rollen gekürzt werden.
Da die Spannungseinstellungsvorrichtung 50 die ungespannte Seite
des Riemens 15 von außen
preßt,
wie nachstehend beschrieben wird, kann auch die Interferenz zwischen
dem einwärts
gekrümmten
Abschnitt des Riemens 15 und der zweiten Schaltbetätigungswelle 46 verhindert
werden. Da sich die Position der gespannten Seite des Riemens 15 bezüglich des Übersetzungsverhältnisses
kaum verändert,
kann die Interferenz zwischen der gespannten Seite des Riemens und
der Welle 46 in sicherer Weise verhindert werden. Ferner
können
die Schaltbetätigungszahnräder 46a und 46b im
Vergleich zu jenen in dem Fall, wo die zweite Schaltbetätigungswelle 46 außerhalb der
Laufschleife des Riemens 15 angeordnet ist, aufgrund dieser
Anordnung minimiert werden.
-
Die
Drehkraft, die von dem Verhältnisänderungsmotor 40 ausgegeben
wird, wird an das Schaltantriebszahnrad 22d der Abtriebsrolle 21 über die erste
Schaltbetätigungswelle 45,
das Schaltantriebszahnrad 14d der Antriebsrolle 11 und
die zweite Schaltbetätigungswelle 46 übertragen.
Die bewegliche Scheibe 11a der Antriebsrolle 11 und
die bewegliche Scheibe 21a der Antriebsrolle 21 können sich daher
synchron und axial so verschieben, um die Breiten der Rillen von
beiden Rollen (die laufenden Durchmesser des Riemens um beide Rollen)
gegensätzlich
zueinander zu verändern.
-
Wie
vorstehend beschrieben, da ein Getriebemechanismus (42, 45a, 45b, 14d, 46a, 46b und 22d)
zum Übertragen
der Drehkraft, die von dem Verhältnisänderungsmotor 40 ausgegeben
wird, an die Hubmechanismen 14 und 20, nämlich zum
mechanischen Verbinden von beiden Hubmechanismen 14 und 22 der
Antriebsrolle 11 und der Abtriebsrolle 21 vorgesehen
ist, werden die Positionen der beweglichen Scheiben, d. h. das Übersetzungsverhältnis, mechanisch
bestimmt. Daher kann das Übersetzungsverhältnis nur
durch Steuern des Verhältnisänderungsmotors 40 präzise verändert werden.
Außerdem
wird das Übersetzungsverhältnis nicht
durch die Temperatur und dergleichen beeinflußt.
-
Von
den Zahnrädern,
die in dem vorstehend erwähnten
Getriebemechanismus umfaßt
sind, sind nur die Schaltantriebszahnräder 14d und 22d aus Harz
gebildet. Da diese Harzzahnräder 14d und 22d ohne
Schmierung angetrieben werden können,
ist es möglich,
den Getriebemechanismus in der Rollenkammer 62, die nicht
mit Öl
geschmiert ist, anzuordnen. Aufgrund der Flexibilität der Schaltantriebszahnräder 14d und 22d,
die aus Harz gefertigt sind, kann auch die Bewegung der Abtriebsrolle 21 zum
Verengen ihrer Rille ebenfalls im Vergleich zur Bewegung der Antriebsrolle 11 zum
Weiten ihrer Rille verzögert werden,
wodurch ein hohes Verhalten des Rückkehrens in den unteren Bereich
des Übersetzungsverhältnisses
bei einer scharfen Bremsoperation erreicht werden kann. Im Gegensatz
dazu sind die Schaltbetätigungszahnräder 46a und 46b und
das Zahnrad 45b der ersten Schaltbetätigungswelle 45, deren
Ineingriffnahmepositionen abhängig
vom Übersetzungsverhältnis variieren,
aus metallischem Material gefertigt, um zu verhindern, daß sie einem Abweichungsabrieb
unterzogen werden.
-
Da
der Getriebemechanismus (42, 45a, 45b, 14d, 46a, 46b, 22d)
aus kreisförmigen
und umschaltbaren Zahnrädern,
wie z.B. gerade verzahnten und schräg verzahnten Stirnrädern, besteht,
die bei einem hohen Getriebewirkungsgrad arbeiten, kann der Getriebemechanismus
möglicherweise
aufgrund der reaktiven Kraft von der beweglichen Scheibe rotieren,
die durch die Riemenspannung bewirkt wird, was dazu führt, daß sich das Übersetzungsverhältnis in unerwünschter
Weise verändert,
wenn kein elektrischer Strom an den Verhältnisänderungsmotor 40 angelegt
ist. Da jedoch ein Trockentyp-Riemen
für den
Riemen 15 verwendet wird, ist die reaktive Kraft von der
beweglichen Scheibe so klein, daß der Startwiderstand, der
durch einen Magneten im Motor 40 erzeugt wird, zum Stoppen
der Drehung des Getriebezugs ausreichend ist, wenn kein elektrischer
Strom angelegt ist. Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
ist aus Sicherheitsgründen
die Bremse 41 zum Stoppen der Drehung des Ausgangszahnrads 42 vorgesehen,
wenn kein elektrischer Strom an den Verhältnisänderungsmotor 40 angelegt
ist. Diese Bremse 41 könnte
jedoch ausgelassen werden.
-
Die
Vorrichtung zum Anlegen einer Spannung an den Keilriemen 15,
d. h. den Spanner 50, wird nun beschrieben.
-
Wie
vorstehend beschrieben, können
die Breiten der Rillen der Rollen 11 und 21 (die
Laufdurchmesser des Riemens um die Rollen) durch den Verhältnisänderungsmotor 40 verändert werden.
Der Riemen 40 kann jedoch auf den Rollen 11 und 21 aufgrund
des übertragenen
Drehmoments schleifen. Um diesen Schlupf zu verhindern, ist der
Spanner 50 zum Aufbringen einer Spannung an den Riemen 15 vorgesehen,
wie in 2 und 4 bis 7 gezeigt
ist. Der Spanner 50 umfaßt eine Spann rolle 51,
die durch einen Spannerarm 53 über ein Verbindungsbauglied 52 schwenkbar
gehalten wird. Speziell weist das Verbindungsbauglied 52 Drehzapfen 52a auf,
die an einem Ende desselben gebildet sind und am vorderen Ende des
Spannerarms 53 drehbar unterstützt werden. Die anderen Enden 52b des
Verbindungsbauglied 52 halten beide Enden einer mittleren
Welle 51a fest, die die Spannrolle 51 über die
Lager 51b drehbar unterstützt.
-
Wie
in 2 gezeigt ist, ist der Drehpunkt 53a des
Spannerarms 53 in der Nähe
der Antriebsrolle 11 an einer Position außerhalb
(speziell über)
derselben in eine Radialrichtung positioniert. Der Spannerarm 53,
dessen Länge
länger
als der Durchmesser der Antriebsrolle 11 ist, ist entlang
des Außenumfangs
der Antriebsrolle 11 gekrümmt. Der Spannerarm 53 ist
so positioniert, daß sich
die Drehzapfen 52a zum Unterstützen der Spannrolle entlang
einem gebogenen geometrischen Ort bewegen, dessen Mittelpunkt dem
Drehpunkt 53a entspricht und der sich zwischen der Antriebsrolle 11 und
der Antriebsrolle 21 bewegt.
-
Wie
vorstehend beschrieben, ist der Drehpunkt 53a des Spannerarms 53 an
einer Position außerhalb
der Antriebsrolle 11 in die Radialrichtung positioniert,
und der Mittelpunkt der Breite des Spannerarms 53 ist im
wesentlichen mit dem Mittelpunkt der Antriebsrolle 11 in
die Axialrichtung ausgerichtet. Ferner werden beide Enden der mittleren
Welle 51a der Spannrolle 51 durch den Spannerarm 53 über die Verbindungsbauglieder 52 unterstützt. Bei
all diesen Anordnungen wird ermöglicht,
die mittlere Welle 51a ohne Neigung zu unterstützen und
einen unausgeglichenen Kontakt der Spannrolle 51 mit dem
Riemen 15 zu verhindern.
-
Der
Spannerarm 53 interferiert nicht mit der Antriebsrolle 11,
weil er entlang dem Außenumfang der
Rolle 11 gebogen ist. Auch kann die Möglichkeit einer Interferenz
zwischen der Spannrolle 51 und jeder Rolle 11 und 21 verringert
werden, weil der Spannerarm 53 länger als der Durchmesser der
Antriebsrolle 11 ist und weil sich der geometrische Ort
der Drehzapfen 52a zum Unterstützen der Spannrolle zwischen
der Antriebsrolle 11 und der Abtriebsrolle 21 bewegt.
Speziell, da der Keilriemen 15 länger wird oder während des
Gebrauchs abgenutzt wird, variiert die Kontaktposition der Spannrolle 51 mit
dem Riemen 15 im Vergleich zur anfänglichen Kontaktposition beträchtlich.
Die Spannrolle 51 kann sich jedoch an eine Position bewegen,
wo die Rolle 51 die geringste Möglichkeit hat, mit der Rolle 11 oder 21 zu
interferieren, da sich der geometrische Ort der Drehzapfen 52a zum
Unterstützen
der Spannrolle zwischen der Antriebsrolle 11 und der Abtriebsrolle 21 bewegt.
Selbst wenn das Verbindungsbauglied 52 verwendet wird,
kann die Spannrolle 51 in sicherer Weise durch den Spannerarm über das
Verbindungsbauglied 52 unterstützt werden, da der Winkel zwischen
der Verbindung 52 und dem Arm 53 verringert werden
und die Verbindung 52 gekürzt werden kann.
-
Ein
Lufteinlaß 67 zum
Aufnehmen von Kühlungsluft
in die Rollenkammer 62 ist auf dem Getriebekasten 60 an
einer Position gegenüber
der Antriebsrolle 11 hinter dem Spannerarm 53 vorgesehen. Der
Lufteinlaß 67 ist
nämlich
an einer oberen Position der vorderen Oberfläche (einer Position, die zur
Vorderseite der Antriebsrolle 11 gerichtet ist) des Getriebekastens 60 gebildet.
Ein Luftauslaß 68 ist
andererseits an einer Position außerhalb der Abtriebsrolle 21 in
Radialrichtung und gegenüber
dem Einlaß 67 hinter
der Abtriebsrolle 21 vorgesehen. Der Auslaß 68 ist
nämlich
an einer unteren Position der hinteren Oberfläche des Getriebekastens 60 gebildet.
-
Wie
in 4 gezeigt ist, sind Löcher 53d, durch die
die Kühlluft
gelangt, auf dem Spannerarm 53 an Positionen, die zum Lufteinlaß 67 gerichtet sind,
vorgesehen. Ein Teil der Kühlluft,
die vom Lufteinlaß 67 hereinkommt,
gelangt durch die Löcher 53d des
Arms 53, um die Kontaktposition der Antriebsrolle 11 mit
dem Riemen 15 zu treffen und um die Kontaktposition der
Spannrolle 51 mit dem Riemen 15 direkt zu treffen.
Daher werden die Antriebsrolle 11 und der Riemen 15 abgekühlt. Die
Spannrolle 51, die aufgrund ihrer Position schwer abzukühlen ist,
kann ebenfalls effizient abgekühlt
werden. Der verbleibende Teil der Kühlluft, der den Spannerarm 53 umgeht, fließt durch
die Rollenkammer 62, um den Riemen 15 abzukühlen. Eine
Kühlrippe 21c zum
Erzeugen eines Luftstroms, der vom Lufteinlaß 67 zum Luftauslaß 68 fließt, ist
an der Hinterseite der beweglichen Scheibe 21b der Abtriebsrolle 21 vorgesehen.
Bei der hohen Fahrzeugsgeschwindigkeit, wenn der Riemen 15 am meisten
erwärmt
wird, dreht sich die Abtriebsrolle 21 schneller als die
Antriebsrolle 11. Daher kann die Kühlrippe 21c, die an
der Abtriebsrolle 21 vorgesehen ist, den Luftstrom, der
vom Lufteinlaß 67 zum Luftauslaß 68 fließt, in effizienter
Weise erzeugen. In dieser Weise kann eine große Menge an fließender Luft
durch die Rollenkammer 21 gelangen, um den Kühleffekt
zu verbessern.
-
Wie
in 7 gezeigt ist, stehen die zwei Stifte 53b und 53c von
der Seitenoberfläche
des vorderen Endes des Spannerarms 53 ab. Ein Ende einer Spannfeder 54 ist
auf dem Stift 53b eingehakt, während ein Ende einer Erweiterungsführung 56 zum Führen einer
Kompressionsfeder 57 mit dem Stift 53c drehbar
gekoppelt ist. Die Spannfeder 54 erstreckt sich hinter
der feststehenden Scheibe 11a der Antriebsrolle 11 durch
einen Raum zwischen der Antriebswelle 10 und der Abtriebswelle 20,
so daß ihr anderes
Ende auf einer Welle 55 eingehakt ist, die am Getriebekasten 60 an
einer Position gegenüber dem
Spannerarm 53 befestigt ist. Bei dieser Anordnung wird
der Arm 53 durch die Zugkraft der Spannfeder 54 in
einer solchen Weise schwenkend getrieben, daß die Spannrolle 51 die
ungespannte Seite des Riemens 15 von außen nach innen preßt. Durch Pressen
des Keilriemens 15 von außen nach innen kann eine ordentliche
Riemenspannung erzeugt werden, und die Kontaktbereiche des Riemens 15 um
die Rollen 11 und 21 können erhöht werden, was dazu führt, daß der Getriebewirkungsgrad
verbessert wird.
-
Das
andere Ende der Erweiterungsführung 56 zum
Führen
der Kompressionsfeder 57 ist mit einer Welle 58,
die auf dem Getriebekasten 60 vorgesehen ist, drehbar gekoppelt.
Die Kompressionsfeder 57 ist mit der Erweiterungsführung 56 zusammengebaut,
um durch die Erweiterungsführung 56 nur
in einer Erweiterungsrichtung geführt zu werden, um nicht verdreht
oder verbogen zu werden, wenn die Feder 57 und die Führung 56 um
die Welle 58 schwingen.
-
Die
Funktionsweise der Riemendruckkraft der Spannrolle 51,
die durch die Spannfeder 54 und die Kompressionsfeder 57 abhängig vom Übersetzungsverhältnis bewirkt
wird, wird nun unter Bezugnahme auf 9 bis 14 beschrieben.
-
9, 10 und 11 zeigen
Bewegungen der Rolleneinheit beim höchsten Übersetzungsverhältnis, beim
mittleren Übersetzungsverhältnis bzw.
beim untersten Übersetzungsverhältnis. 12, 13 und 14 zeigen
Veränderungen der
Riemenspannung in Fällen,
wo nur die Spannfeder 54 verwendet wird, wo nur die Kompressionsfeder 57 verwendet
wird und wenn beide Federn 54 bzw. 57 verwendet
werden.
-
Wie 9 und 11 deutlich
zeigen, weist der Riemen 15 bei den untersten und höchsten Übersetzungsverhältnissen
längenmäßig eine
geringe Toleranz auf. Daher ist der Betrag der Verformung des Riemens 15,
der durch die Spannrolle 51 bewirkt wird, so klein, daß die Spannrolle 51 zwischen
den Rollen 11 und 21 kaum absinkt. Andererseits
weist der Riemen 15 eine längenmäßige Toleranz im mittleren Übersetzungsverhältnis auf,
wie in 10 gezeigt ist. Daher ist der
Betrag der Verformung des Riemens 15, der durch die Spannrolle 51 bewirkt wird,
so groß,
daß die
Spannrolle 51 zwischen den Rollen 11 und 21 tief
nach unten absinkt.
-
Der
Drehpunkt 55 der Spannfeder 54, die am Getriebekasten
angebracht ist, befindet sich gegenüber dem Arm 53 hinter
dem Riemen 15. Daher wirkt die Federkraft der Spannfeder 54 in
eine solche Richtung (Richtung P), daß die Spannrolle 51 den
Riemen 15 nach innen preßt. Wie in 12 gezeigt
ist, ist die Riemenspannung, die durch die Spannfeder 54 beim mittleren Übersetzungsverhältnis bewirkt
wird, viel kleiner als jene beim hohen und unteren Übersetzungsverhältnissen.
-
Andererseits
ist die Kompressionsfeder 57 in der Nähe einer geraden Linie L angeordnet,
die ihren Drehpunkt 58 auf dem Getriebekasten 60 und
den Rotationsdrehpunkt 53a des Spannerarms 53 verbindet.
Beim hohen und unteren Übersetzungsverhältnissen
ist der Kopplungspunkt 53c der Kompressionsfeder 57 mit
dem Arm 53 gegenüber
dem Riemen 53 hinter der Linie L positioniert, wohingegen
beim mittleren Übersetzungsverhältnis es
eher näher
am Riemen 15 als an der Linie L positioniert ist. Daher wirkt
die Federkraft der Kompressionsfeder 57 in eine Richtung
(Richtung M) zum Trennen der Spannrolle 51 vom Riemen 15 bei
hohen und unteren Übersetzungsverhältnissen,
wohingegen sie in die Richtung (Richtung P) zum Pressen der Spannrolle 51 an
den Riemen 15 beim mittleren Übersetzungsverhältnis wirkt.
In anderen Worten, wie in 13 gezeigt
ist, arbeitet die Riemenspannung, die durch die Kompressionsfeder 57 bewirkt
wird, auf der Plusseite beim mittleren Übersetzungsverhältnis, wohingegen sie
bei hohen und bei unteren Übersetzungsverhältnissen
auf der Minusseite arbeitet. Infolgedessen, weil die Riemenspannungen,
die durch die Federn 54 und 57 bewirkt werden,
zusammen addiert werden, wird die Differenz zwischen der Riemenspannung
bei hohen und unteren Übersetzungsverhältnissen
und die beim mittleren Übersetzungsverhältnis reduziert, um
die gewünschten
Spannungscharakteristika zu erhalten, wie in 14 gezeigt
ist. Wenn die addierte Riemenspannung beim mittleren Übersetzungsverhältnis auf
den notwendigen Mindestwert (z. B. 700 N) gesetzt wird, um einen
Schlupf des Riemens 15 auf den Rollen zu verhindern, kann
die addierte Riemenspannung bei hohen und unteren Übersetzungsverhältnissen
auf etwa 950 bis 1000 N unterdrückt werden,
um ein Erreichen eines übermäßigen Pegels zu
verhindern. Daher kann verhindert werden, daß der Riemen schleift, und
gleichzeitig seine Lebensdauer verbessert werden.
-
Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele
beschränkt.
-
Obwohl
der Hubmechanismus in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
aus einem Kugelgewindemechanismus besteht, kann er aus einem gewöhnlichen
Schraubmechanismus bestehen, bei dem ein männliches Schraubenbauglied und
ein weibliches Schraubenbauglied direkt ineinander eingreifen.
-
Obwohl
die Spannfeder 54 und die Kompressionsfeder 57 in
der Spannervorrichtung 50 verwendet werden, um bei dem
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
die ungespannte Seite des Keilriemens 15 zu pressen, kann
ein Betätigungsglied, wie
z. B. ein Motor oder ein Hydraulikzylinder, ebenfalls neben oder
an Stelle jener Federn verwendet werden, um den Spannerarm 53 rotationsmäßig zu treiben,
um den Riemen 15 zu pressen. In diesem Fall kann die Riemenspannung
durch Steuern des Betätigungsgliedes
auf einen willkürlichen
Pegel gesteuert werden. Wenn der Motor als das Betätigungsglied
verwendet wird, kann der Spannerarm 53 eine Zahnstange
aufweisen, die auf dem vorderen Ende desselben gebildet ist, und
der Motor kann ein Ritzel aufweisen, um diese Zahnstange anzutreiben.
Wenn der Hydraulikzylinder als das Betätigungsglied verwendet wird,
kann ein Kolben des Zylinders dem Spannerarm 53 zugeordnet
sein, um den Arm drehbar zu zwingen. In diesem Fall kann der Hydraulikzylinder
jedoch vorzugsweise außerhalb
des Getriebekastens vorgesehen sein.
-
Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Drehkraft
des Verhältnisänderungsmotors 40 an
das Schaltantriebszahnrad 14d, das am Hubmechanismus der
Antriebsrolle 11 angebracht ist, und ferner von diesem
Schaltantriebszahnrad 14d zum Schaltantriebszahnrad 22d,
das am Hubmechanismus der Abtriebsrolle 21 angebracht ist, über die
Schaltbetätigungszahnräder 46 und 46b,
die an der zweiten Schaltbetätigungswelle 46 befestigt
sind, übertragen.
Im Gegensatz dazu kann die Drehkraft des Motors 40 zuerst
an das Schaltantriebszahnrad 22d der Abtriebsrolle übertragen
werden, ferner an die Schaltbetätigungszahnräder 46a und 46b und
ferner an das Schaltantriebszahnrad 14d der Antriebsrolle.
Zusätzlich
kann die Drehkraft des Motors 40 zuerst an die Schaltbetätigungswelle 46 übertragen
werden, so daß sie
ferner von den Schaltbetätigungszahnrädern 46a und 46b der
Welle 46 zu den Schaltantriebszahnrädern 14d und 22d der
Antriebs- bzw. Abtriebsrolle 11 und 21 übertragen
wird.
-
Gemäß der vorliegendend
Erfindung wird die Drehkraft, die durch den Verhältnisänderungsmotor erzeugt wird,
bei einem stufenlos einstellbaren Getriebe unter Verwendung eines
Trockentyp-Riemens an die Hubmechanismen von beiden Rollen über den Getriebemechanismus übertragen,
um jene Hubmechanismen, wie vorstehend beschrieben, synchron anzutreiben.
So kann das Übersetzungsverhältnis präzise und
stabil gesteuert werden.
-
Da
die Riemenspannung nicht durch die Klemmkräfte der Rollen erzeugt wird,
sondern durch eine Spannungseinstellungsvorrichtung zum Pressen
der ungespannten Seite des Riemens, werden die Hubmechanismen auch
keinen exzessiven Lasten unterzogen. Unter dieser Bedingung wird
die Dauerhaftigkeit der Hubmechanismen verbessert, und die Drehkraft
des Verhältnisänderungsmotors wird
in effizienter Weise in die Axialbewegung der beweglichen Scheiben über den
Getriebemechanismus zusammen mit den Hubmechanismen umgewandelt. Folglich
kann die Schaltantwort des Übersetzungsverhältnisses
verbessert werden, und der Verhältnisänderungsmotor
kann sowohl größenmäßig als
auch bezüglich
seines Verbrauchs an elektrischer Leistung verringert werden.