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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein stufenloses Getriebe, das zum Übertragen von Antriebskraft bei einem Fahrzeug und einer anderen mechanischen Einrichtung verwendet werden kann.
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STAND DER TECHNIK
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Als Kernkomponente eines Fahrzeugs und einer anderen mechanischen Antriebskraftübertragungseinrichtung sind Automatikgetriebe in vier Kategorien unterteilt, nämlich in elektronisch gesteuerte mechanische Automatikgetriebe (AMT), hydraulische Automatikgetriebe (AT), Doppelkupplungsgetriebe (DCT) und mechanische stufenlose Automatikgetriebe (CVT). Dabei zeichnet sich ein mechanisches stufenloses Automatikgetriebe (CVT) u.a. durch stufenlose Drehzahlverstellung und kontinuierliche Antriebskraftabgabe während der Drehzahlverstellung aus, wodurch die Motordrehzahl in einem möglichst wirtschaftlichen Betriebsbereich gehalten werden kann, ein möglichst niedriger Kraftstoffverbrauch, ein reibungsloser Betrieb und andere Auswirkungen für ein Fahrzeug oder eine ähnliche mechanische Einrichtung unter gleichen Bedingungen erzielt werden können. Des Weiteren zeichnet sich ein mechanisches stufenloses Automatikgetriebe (CVT) vorteilhafterweise u.a. durch einen einfacheren Aufbau, eine geringere Anzahl an Teilen, kleinere Abmessungen und ein leichteres Gewicht gegenüber herkömmlichen Getrieben aus.
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Neben gängigen Riemen- und Kettengetrieben kommen mechanische stufenlose Automatikgetriebe (CVT) ferner in verschiedenen Bauformen, beispielsweise u.a. als Kegelrad- und Rollengetriebe vor. Dabei wird eine Antriebskraft über einen Metallring oder eine Metallscheibe zwischen einem treibenden Kegelrad, einem angetriebenen Kegelrad oder einer Kegelscheibe übertragen. Bei solchen mechanischen stufenlosen Automatikgetrieben unterliegen das maximale übertragbare Drehmoment und die Drehzahlverstellungs-Stabilität aufgrund einer kleinen Kontaktfläche an der Antriebskraft-Übertragungsstelle und einer Spannungskonzentration einer Beschränkung, und ihre Anwendung ist zurzeit hauptsächlich auf wenige Fahrzeugmodelle beschränkt.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Angesichts der Nachteile im Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein stufenloses Getriebe bereitzustellen.
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Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein stufenloses Getriebe, aufweisend einen Planeten-Antriebskraftübertragungsmechanismus, der mindestens ein Antriebskraft-Eingangsteil und ein Antriebskraft-Ausgangsteil umfasst, welches Antriebskraft-Ausgangsteil eine Ausgangswelle und mindestens ein mit der Ausgangswelle verbundenes Planetenteil umfasst, um die Ausgangswelle in Drehung zu versetzen, wobei das angetriebene Planetenteil an der Außenseite des Antriebskraft-Ausgangsteils angeordnet ist und durch Antreiben von dem Antriebskraft-Eingangsteil dazu ausgelegt ist, sich um das Antriebskraft-Eingangsteil zu drehen, einen Drehzahlverstellring, der umlaufend an das angetriebene Planetenteil angeschlossen ist und dazu ausgelegt ist, sich in einer ersten Richtung hin- und herzubewegen, und eine Drehzahlverstelleinheit umfasst, die mindestens eine Zusammendrückvorrichtung umfasst, die an der Außenseite des Drehzahlverstellrings angeordnet und mit dem Drehzahlverstellring fest verbunden ist, die den Drehzahlverstellring zur Hin- und Herbewegung in der ersten Richtung antreibt und die damit die Drehzahl des Antriebskraft-Ausgangsteils des Planeten-Antriebskraftübertragungsmechanismus verstellt.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Antriebskraft-Eingangsteil eine Eingangswelle und ein auf der Eingangswelle aufgesetztes zentrales Sonnenrad umfasst, und dass das Antriebskraft-Eingangsteil ferner einen die Ausgangswelle aufweisenden Planetenträger umfasst, innerhalb dessen das zentrale Sonnenrad angeordnet ist, wobei das angetriebene Planetenteil an der Außenseite des zentralen Sonnenrads angeordnet, mit dem Planetenträger verbunden und mit dem zentralen Sonnenrad sowie dem Drehzahlverstellring verbunden ist, wobei das angetriebene Planetenteil dazu ausgelegt ist, sich durch Antreiben von dem sich drehenden zentralen Sonnenrad um den Mittelpunkt des Drehzahlverstellrings drehen, um damit die Ausgangswelle zum Drehen anzutreiben.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das angetriebene Planetenteil ein mit dem zentralen Sonnenrad in Eingriff stehendes angetriebenes Planetenrad, das innerhalb des Planetenträgers angeordnet ist, ein koaxial zu dem angetriebenen Planetenrad angeordnetes und daran befestigtes Planeten-Kegelrad, das mit dem Drehzahlverstellring verbunden ist, und eine Planetenradwelle, die mit dem angetriebenen Planetenrad und dem Planeten-Kegelrad fest verbunden ist, umfasst, wobei die Planetenradwelle ferner durch das angetriebene Planetenrad und das Planeten-Kegelrad hindurchgeht und mit dem Planetenträger verbunden ist.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Eingangswelle koaxial zu der Ausgangswelle angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Antriebskraft-Ausgangsteil mehrere angetriebene Planetenteile umfasst, wobei die mehreren angetriebenen Planetenteile umlaufend an der Außenseite des Antriebskraft-Eingangsteils angeordnet sind.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Drehzahlverstellring eine ringförmige Zentralwelle und mehrere kegelförmige Federplättchen, die an der ringförmigen Zentralwelle angeordnet sind, umfasst, wobei jedes der kegelförmigen Federplättchen dazu ausgelegt ist, sich um die ringförmige Zentralwelle zu drehen, wobei die Zusammendrückvorrichtung mindestens eines der kegelförmigen Federplättchen derart steuert, dass es sich um die ringförmige Zentralwelle dreht und gleichzeitig auf der Oberfläche des angetriebenen Planetenteils rollt, um damit den Drehzahlverstellring zum Bewegen entlang der ersten Richtung anzutreiben.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Drehzahlverstelleinheit ferner einen Drehzahlverstell-Leitspindelmechanismus, der an der Außenseite der Zusammendrückvorrichtung angeordnet ist und eine Leitspindel, die entlang der ersten Richtung verläuft, und eine Spindelmutter, die auf der Leitspindel aufgeschoben ist und dazu ausgelegt ist, sich entlang der Leitspindel in der ersten Richtung hin- und herzubewegen, umfasst, wobei die Zusammendrückvorrichtung mit der Leitspindelmutter verbunden ist und sich synchron mit der Spindelmutter in der ersten Richtung bewegt, um damit den Drehzahlverstellring in Bewegung in der ersten Richtung zu versetzen, und wobei die Drehzahlverstelleinheit ferner einen Drehzahlverstell-Steuermechanismus umfasst, der mit der Leitspindel verbunden ist und die Leitspindel zum Drehen antreibt, um damit die Spindelmutter derart zu steuern, dass sie sich entlang der Leitspindel in der ersten Richtung bewegt.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Drehzahlverstelleinheit mehrere Drehzahlverstell-Leitspindelmechanismen umfasst, die umlaufend an der Außenseite der Zusammendrückvorrichtung angeordnet sind, wobei die Leitspindeln der mehreren Drehzahlverstell-Leitspindelmechanismen jeweils mit dem Drehzahlverstell-Steuermechanismus verbunden sind.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass jeder der Drehzahlverstell-Leitspindelmechanismen ferner ein Synchron-Kettenrad umfasst, das an ein und demselben Ende der Drehzahlverstell-Leitspindelmechanismen angeordnet ist, und dass die Drehzahlverstelleinheit ferner eine Zahnkette umfasst, die mit jedem der Synchron-Kettenräder verbunden ist.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass auf der Oberfläche einer dem Drehzahlverstellring zugewandten Seite der Zusammendrückvorrichtung eine entlang der ersten Richtung verlaufende Rastnut vorgesehen ist, in der das kegelförmige Federplättchen des Drehzahlverstellrings einrastet.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Zusammendrückvorrichtung hülsenförmig ausgebildet ist und den Drehzahlverstellring umschließt.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das stufenlose Getriebe ferner ein Gehäuse umfasst, innerhalb dessen der Planeten-Antriebskraftübertragungsmechanismus und die Drehzahlverstelleinheit angeordnet sind.
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Gegenüber dem Stand der Technik wird bei dem stufenlosen Getriebe nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Antriebskraft-Übertragung derart effektiv verbessert und damit die Anforderung an großes Drehmoment erfüllt, indem durch Antreiben von dem Antriebskraft-Eingangsteil sich das angetriebene Planetenteil des Antriebskraft-Ausgangsteils um dieses dreht, um damit die Ausgangswelle des Antriebskraft-Ausgangsteils in Drehung zu versetzen.
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Des Weiteren wird bei einem derartigen stufenlosen Getriebe durch Bewegen des Drehzahlverstellrings entlang der ersten Richtung unter Steuerung von der Drehzahlverstelleinheit die Drehzahl des Antriebskraft-Ausgangsteils des Antriebskraft-Übertragungsmechanismus eingestellt, um damit eine Drehzahlverstellung des stufenlosen Getriebes zu ermöglichen. Dabei umfasst der Drehzahlverstellring mehrere um die ringförmige Zentralwelle drehbare kegelförmige Federplättchen, so dass während der Drehzahlverstellung der Drehzahlverstellring beim Bewegen in der ersten Richtung sich rollend auf der Oberfläche des Planeten-Kegelrads bewegt. Damit werden vorteilhafterweise eine geringere Reibungs-Widerstandskraft und eine schnelle Drehzahlverstellung gegenüber einer gleitenden Bewegung einer Stahlkette während der Drehzahlverstellung bei bestehenden mechanischen stufenlosen Automatikgetriebe (CVT) erzielt. Zudem wird mittels des Planeten-Kegelrads erzielt, dass sich der Drehzahlverstellring unter Zusammendrücken gemeinsam durch die Zusammendrückvorrichtung und das Planeten-Kegelrad verformt, womit die Berührungsfläche mit dem Planeten-Kegelrad vergrößert wird und damit ferner die Vorteile wie große Berührungsfläche, geringer Betriebsverschleiß und lange Lebensdauer verwirklicht werden. Mit einem derartigen stufenlosen Getriebe entfällt eine komplizierte hydraulische Zusammendrückvorrichtung wie bei bestehenden stufenlosen Getrieben, wodurch vorteilhafterweise einfache Herstellung, niedrige Kosten, hohe Zuverlässigkeit erzielt werden.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die folgenden beiliegenden Zeichnungen zu entnehmen. Darin zeigen
- 1 ein stufenloses Getriebe nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer schematischen strukturellen Schnittdarstellung,
- 2 eine schematische strukturelle Querschnittdarstellung der Stelle A-A gemäß 1,
- 3 eine vergrößerte Darstellung der Stelle B gemäß 2, sowie
- 4 die Bewegungsspur der kegelförmigen Federplättchen des Drehzahlverstellrings an dem Planeten-Kegelrad während der Drehzahlverstellung bei dem erfindungsgemäßen stufenlosen Getriebe.
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KONKRETE AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen auf umfassendere Weise erläutert. Jedoch lassen sich die beispielhaften Ausführungsformen auf verschiedene Weise ausführen und sollen keineswegs als Einschränkung der hierbei erläuterten Ausführungsformen verstanden werden. Vielmehr dient das Bereitstellen solcher Ausführungsformen zum Vervollständigen der vorliegenden Erfindung und zum Vermitteln der Grundideen der beispielhaften Ausführungsformen auf umfassende Weise an Fachmann auf diesem Gebiet. In den Zeichnungen stehen gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Strukturen, weshalb eine wiederholte Beschreibung entfällt.
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Bei bisherigen mechanischen stufenlosen Automatikgetriebe (CVT) liegen mindestens die folgenden zwei Probleme vor, wodurch das maximale übertragbare Drehmoment des Getriebes beschränkt wird:
- 1. Begrenzte Betriebs-Kontaktfläche, wobei bei einem zu großen positiven Druck zum Erzeugen einer Reibungskraft ein Ausfall infolge einer zu großen Spannung leicht verursacht wird,
- 2. Die Reibungskraft zum Übertragen der Antriebskraft und die Reibungs-Widerstandskraft, die zur Drehzahlverstellung überwunden werden soll, verlaufen in derselben Kontaktfläche und dabei handelt es sich jeweils um eine Gleitreibung, so dass bei erhöhter Reibungskraft zum Übertragen der Antriebskraft dann eine reibungslose Drehzahlverstellung nicht möglich ist.
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Daher sind mindestens die folgenden Probleme zu erwarten, wenn ein bestehendes mechanisches stufenloses Automatikgetriebe bei einem Fahrzeug oder einer Einrichtung, für das oder die ein hohes Drehmoment und eine hohe Bewegungs-Funktionsfähigkeit benötigt werden, verwendet wird:
- 1) Die Übertragungskette ist für Beschädigung anfällig und stellt damit eine hohe Anforderung an Material,
- 2) Das Getriebe kann keiner großen Belastung standhalten,
- 3) Eine schnelle Bewegung der Übertragungskette ist nicht möglich, so dass die Verwendungsanforderung eines Fahrzeugs an schnelle Drehzahlverstellung nicht erfüllt werden kann,
- 4) Der Herstellungsprozess des Getriebes gestaltet sich kompliziert.
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Angesichts der vorstehend genannten Probleme stellt die vorliegende Erfindung ein stufenloses Getriebe bereit. Gemäß den Hauptideen der vorliegenden Erfindung umfasst das stufenlose Getriebe einen Planeten-Antriebskraftübertragungsmechanismus, der mindestens ein Antriebskraft-Eingangsteil und ein Antriebskraft-Ausgangsteil umfasst, welches Antriebskraft-Ausgangsteil eine Ausgangswelle und mindestens ein mit der Ausgangswelle verbundenes Planetenteil umfasst, um die Ausgangswelle in Drehung zu versetzen, wobei das angetriebene Planetenteil an der Außenseite des Antriebskraft-Ausgangsteils angeordnet ist und durch Antreiben von dem Antriebskraft-Eingangsteil dazu ausgelegt ist, sich um das Antriebskraft-Eingangsteil zu drehen, einen Drehzahlverstellring, der umlaufend an das angetriebene Planetenteil angeschlossen ist und dazu ausgelegt ist, sich in einer ersten Richtung hin- und herzubewegen, und eine Drehzahlverstelleinheit, die mindestens eine Zusammendrückvorrichtung umfasst, die an der Außenseite des Drehzahlverstellrings angeordnet und mit dem Drehzahlverstellring fest verbunden ist, den Drehzahlverstellring zur Hin- und Herbewegung in der ersten Richtung antreibt und damit die Drehzahl des Antriebskraft-Ausgangsteils des Planeten-Antriebskraftübertragungsmechanismus verstellt.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels auf den Inhalt der vorliegenden Erfindung näher eingegangen.
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1 bis 4 zeigen jeweils eine schematische strukturelle Schnittdarstellung des stufenlosen Getriebes nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, eine schematische strukturelle Darstellung des Drehzahlverstellrings und der Zusammendrückvorrichtung sowie die Bewegungsspur der kegelförmigen Federplättchen des Drehzahlverstellrings während der Drehzahlverstellung. Dabei zeigen 2 eine schematische strukturelle Querschnittdarstellung der Stelle A-A gemäß 1 und 3 eine vergrößerte Darstellung der Stelle B gemäß 2. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das stufenlose Getriebe hauptsächlich einen Planeten-Antriebskraftübertragungsmechanismus, einen Drehzahlverstellring und eine Drehzahlverstelleinheit.
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Der Planeten-Antriebskraftübertragungsmechanismus umfasst mindestens ein Antriebskraft-Eingangsteil und ein Antriebskraft-Ausgangsteil. Das Antriebskraft-Ausgangsteil umfasst eine Ausgangswelle und mindestens ein mit der Ausgangswelle verbundenes Planetenteil umfasst, um die Ausgangswelle in Drehung zu versetzen, wobei das angetriebene Planetenteil an der Außenseite des Antriebskraft-Ausgangsteils angeordnet ist und durch Antreiben von dem Antriebskraft-Eingangsteil dazu ausgelegt ist, sich um das Antriebskraft-Eingangsteil zu drehen
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Konkret ist in dem Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 vorgesehen, dass das Antriebskraft-Eingangsteil 1 eine Eingangswelle 11 und ein auf der Eingangswelle 11 aufgesetztes zentrales Sonnenrad 13 umfasst. Das zentrale Sonnenrad 13 ist an der Eingangswelle 11 befestigt und dazu ausgelegt, sich synchron mit der Eingangswelle 11 zu drehen (Mit Drehen wird eine Drehung der Eingangswelle 11 um ihre eigene Achse durch Antreiben von einem Motor oder einer anderen Anlage gemeint).
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Das Antriebskraft-Eingangsteil 2 umfasst einen eine Ausgangswelle 21 aufweisenden Planetenträger 23 und ein angetriebenes Teil 25. In dem Ausführungsbeispiel nach 1 befindet sich die Ausgangswelle 21 an dem linken Ende des Planetenträgers 23 und vorzugsweise ist die Ausgangswelle 21 koaxial zu der Eingangswelle 11 angeordnet. Das zentrale Sonnenrad 13 ist innerhalb des Planetenträgers 23 angeordnet.
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Das angetriebene Planetenteil 25 ist an der Außenseite des zentralen Sonnenrads 13 angeordnet. Das angetriebene Planetenteil 25 ist mit dem Planetenträger 23, dem zentralen Sonnenrad 13 und dem Drehzahlverstellring 3 verbunden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das Antriebskraft-Ausgangsteil 2 mehrere angetriebene Planetenteile 25 umfassen. Dabei sind die mehreren angetriebenen Planetenteile 25 umlaufend an der Außenseite des Antriebskraft-Eingangsteils 1 angeordnet. In dem Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 umfasst das Antriebskraft-Ausgangsteil 2 zwei angetriebene Teile 25. Die beiden angetriebenen Planetenteile 25 sind in Bezug auf die ringförmige Zentralwelle des Planetenträgers 23 zueinander symmetrisch angeordnet. Es ist darauf hinzuweisen, dass trotz der Beschreibung am Beispiel eines Antriebskraft-Ausgangsteils 2, das zwei in Bezug auf die ringförmige Zentralwelle des Planetenträgers 23 symmetrisch angeordnete angetriebene Teile 25 aufweist, bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 keine Einschränkung vorliegt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Anzahl des angetriebenen Planetenteils in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Drehmoment eingestellt werden und beispielsweise eine Anzahl von drei oder vier ist möglich. Die mehreren angetriebenen Planetenteile übertragen gleichzeitig ein Drehmoment, womit die Übertragung einer Antriebskraft effektiv verbessert wird. Des Weiteren sind die mehreren angetriebenen Planetenteile nicht unbedingt je zu zweit symmetrisch zueinander angeordnet und auf eine ausführliche Beschreibung darüber wird hierbei verzichtet.
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Konkret umfasst das angetriebene Planetenteil 25 ein angetriebenes Planetenrad 251, ein Planeten-Kegelrad 252 und eine Planetenradwelle 253. Dabei ist das angetriebene Planetenrad 251 innerhalb des Planetenträgers 23 und steht in Eingriff mit dem zentralen Sonnenrad 13. Das Planeten-Kegelrad 252 ist koaxial zu dem angetriebenen Planetenrad 251 angeordnet und damit fest verbunden. Die beiden Bauteile können einteilig ausgeformt sein. Vorzugsweise ist die Oberfläche des Planeten-Kegelrads 252 mit einer Rille versehen, um das Rutschen des Drehzahlverstellrings zu verringern. Die Planetenradwelle 253 ist koaxial zu dem angetriebenen Planetenrad 251 und dem Planeten-Kegelrad 252 angeordnet und mit diesen fest verbunden. Sie geht durch das angetriebene Planetenrad 251 und das Planeten-Kegelrad 252 hindurch und ist mit dem Planetenträger 23 verbunden, wobei sie sich an dem Planetenträger 23 um ihre eigene Achse dreht.
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Der Drehzahlverstellring 3 umschließt das angetriebene Planetenteil, wobei der Drehzahlverstellring 3 dazu ausgelegt ist, sich in einer ersten Richtung (die Richtung der Achse X in 1) hin- und herzubewegen. Wie sich aus 2 und 3 ergibt, kann es sich bei dem Drehzahlverstellring 3 um einen Stahlring handeln, der durch mehrere kegelförmige Federplättchen gebildet wird. Konkret umfasst der Drehzahlverstellring 3 eine ringförmige Zentralwelle 32 und mehrere kegelförmige Federplättchen 31. Die mehreren kegelförmigen Federplättchen 31 sind an der ringförmigen Zentralwelle 32 angeordnet. Dabei kann jedes der kegelförmigen Federplättchen 31 beim Drehen um die ringförmige Zentralwelle 32 gleichzeitig auf der Oberfläche des Planeten-Kegelrads 252 rollen, so dass die Bewegung des Drehzahlverstellrings 3 entlang der ersten Richtung zum Verwirklichen einer Drehzahlverstellung des stufenlosen Getriebes in Form einer Rollbewegung erfolgt, womit vorteilhafterweise eine geringere Reibungs-Widerstandskraft und eine schnelle Drehzahlverstellung gegenüber einer gleitenden Bewegung einer Stahlkette während der Drehzahlverstellung bei bestehenden mechanischen stufenlosen Automatikgetriebe (CVT) erzielt werden.
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In dem Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 ist der Drehzahlverstellring 3 mit dem Planeten-Kegelrad 252 verbunden. Es ist darauf hinzuweisen, dass es sich bei der Verbindung zwischen dem Planeten-Kegelrad 252 und dem Drehzahlverstellring 3 um einen Eingriff des Planeten-Kegelrads 252 und des Drehzahlverstellrings 3 miteinander oder auch lediglich eine Anlage des Planeten-Kegelrads 252 und des Drehzahlverstellrings 3 aneinander handeln kann. Damit kann durch Drehen des angetriebenen Planetenrads 251 durch Antreiben von dem zentralen Sonnenrad 13 eine Drehung des angetriebenen Planetenteils 25 um den Mittelpunkt des Drehzahlverstellrings 3 bewirkt werden, wodurch der Planetenträger 23 und seine Ausgangswelle 21 in Drehung versetzt werden und damit die Antriebskraft ausgegeben wird. Des Weiteren liegt keine Einschränkung trotz der Beschreibung am Beispiel eines Drehzahlverstellrings, der eine ringförmige Zentralwelle 32 und mehrere kegelförmige Federplättchen 31 umfasst, bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 bis 4 vor. Dabei kann es sich um irgendeinen bestehenden Drehzahlverstellring handeln, soweit die Aufgabe zur Drehzahlverstellung für das stufenlose Getriebe erfüllt werden kann. Auf eine ausführliche Erläuterung darüber wird hierbei verzichtet.
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Die Drehzahlverstelleinheit steuert den Drehzahlverstellring derart, dass er sich entlang der ersten Richtung bewegt, um die Drehzahl des Antriebskraft-Ausgangsteils einzustellen. Die Drehzahlverstelleinheit umfasst einen Drehzahlverstell-Leitspindelmechanismus 4, eine Zusammendrückvorrichtung 5 und einen Drehzahlverstell-Steuermechanismus. Bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 umfasst die Drehzahlverstelleinheit zwei Drehzahlverstell-Leitspindelmechanismen 4. Dabei sind die beiden Drehzahlverstell-Leitspindelmechanismen 4 jeweils auf zwei Seiten des Drehzahlverstellrings 3 (über bzw. unter dem Drehzahlverstellring 3 in 1 und 2) angeordnet und jeder der Drehzahlverstell-Leitspindelmechanismen 4 ist jeweils mit einem Drehzahlverstell-Steuermechanismus verbunden. Es ist darauf hinzuweisen, dass trotz der Beschreibung am Beispiel einer Drehzahlverstelleinheit, die zwei Drehzahlverstell-Leitspindelmechanismen 4 aufweist, bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 keine Einschränkung vorliegt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Anzahl des Drehzahlverstell-Leitspindelmechanismus in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Bedarf eingestellt werden und beispielsweise kann sie drei oder vier Drehzahlverstell-Leitspindelmechanismen aufweisen. Hierbei entfällt eine ausführliche Erläuterung darüber.
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Da bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die beiden Drehzahlverstell-Leitspindelmechanismen 4 gleich ausgebildet sind, erfolgt eine Beschreibung am Beispiel des auf dem Drehzahlverstellring 3 angeordneten Drehzahlverstell-Leitspindelmechanismus 4 gemäß 1. konkret ist der Drehzahlverstell-Leitspindelmechanismus 4 an der Außenseite des Drehzahlverstellrings 3 angeordnet. Der Drehzahlverstell-Leitspindelmechanismus 4 umfasst eine Leispindel 41 und eine Spindelmutter 42. Wie aus 1 zu entnehmen ist, verläuft die Leitspindel 41 entlang der ersten Richtung (Richtung der Achse X in 1). Die Spindelmutter 42 ist auf der Leitspindel 41 aufgeschoben und dazu ausgelegt, sich entlang der Leitspindel 41 in der ersten Richtung hin- und herzubewegen. Dabei bezieht sich die Bewegung der Spindelmutter 42 entlang der Leitspindel 41 auf eine Bewegung entlang des Gewindes auf der Oberfläche der Leitspindel 41 während Drehung der Leitspindel 41.
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Die Zusammendrückvorrichtung 5 ist an der Außenseite des Drehzahlverstellrings 3 angeordnet und mit der Spindelmutter 42 und dem Drehzahlverstellring 3 verbunden. Die Zusammendrückvorrichtung 5 ist dazu ausgelegt, sich synchron mit der Spindelmutter 42 in der ersten Richtung zu bewegen, um den Drehzahlverstellring in Bewegung in der ersten Richtung zu versetzen und damit die Drehzahl des Antriebskraft-Ausgangsteils des Planeten-Antriebskraftübertragungsmechanismus einzustellen. Des Weiteren kann die Zusammendrückvorrichtung 5 durch Zusammendrücken eine Verformung des kegelförmigen Federplättchens 31 des Drehzahlverstellring 3 bewirken, so dass der Drehzahlverstellring 3 ovalförmig bzw. entlang einer ovalen Spur an dem Planeten-Kegelrad 252 anliegt und damit die Berührungsfläche zwischen ihm und dem Planeten-Kegelrad 252 vergrößert wird. Auf diese Weise werden eine Spannungskonzentration und ein Rutschen vermieden, was für Verwirklichen einer effektiven Übertragung der Antriebskraft sorgt. Konkret ist bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 bis 3 die Zusammendrückvorrichtung 5 hülsenförmig ausgebildet und an der Außenseite des Drehzahlverstellrings 3 angeordnet. Zudem ist es bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Zusammendrückvorrichtung 5 einteilig mit den Spindelmuttern 42 der beiden Drehzahlverstell-Leitspindelmechanismen 4 ausgeformt ist und sich synchron mit den Spindelmuttern 42 bewegt. Die Zusammendrückvorrichtung 5 steuert (beispielsweise u.a. Durch Schieben) mindestens ein kegelförmiges Federplättchen des Drehzahlverstellrings 3 derart, dass es beim Drehen um die ringförmige Zentralwelle 32 gleichzeitig auf der Oberfläche des Planeten-Kegelrads 252 rollt, um den Drehzahlverstellring 3 zur Hin- und Herbewegung in der ersten Richtung anzutreiben. Zudem ist bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 und 3 auf der Oberfläche einer dem Drehzahlverstellring 3 zugewandten Seite der Zusammendrückvorrichtung 5 eine entlang der ersten Richtung (Richtung der Achse X in 1) verlaufende Rastnut 53 vorgesehen, wobei die Rastnut 53 in der das kegelförmige Federplättchen 31 des Drehzahlverstellrings 3 einrastet. Vorzugsweise gleicht die Anzahl der Rastnuten 53 der Anzahl der kegelförmigen Federplättchen 31 des Drehzahlverstellrings 3. Die Rastnut 53 kann eine Drehung (Drehung um eigene Achse) des Drehzahlverstellrings 3 verhindern, womit eine Drehung des Planeten-Kegelrads 252 innerhalb des Drehzahlverstellrings 3 (Drehung um den Mittelpunkt des Drehzahlverstellrings 3) ermöglicht wird.
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Der Drehzahlverstell-Steuermechanismus (nicht dargestellt in 1 und 2) ist mit der Leitspindel 41 verbunden und treibt die Leitspindel 41 zum Drehen an, um damit die Spindelmutter 42 derart zu steuern, dass sie sich entlang der Leitspindel 41 in der ersten Richtung bewegt.
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Ferner ist in dem Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 vorgesehen, dass jeder Drehzahlverstell-Leitspindelmechanismus 4ein Synchron-Kettenrad 43 umfasst. Die beiden Synchron-Kettenräder 43 sind an ein und demselben Ende des Drehzahlverstell-Leitspindelmechanismus 4 angeordnet. Die Drehzahlverstelleinheit umfasst eine Zahnkette (nicht dargestellt in 1 und 2), die die beiden Synchron-Kettenräder 43 umschließt. Durch Verbinden der beiden Synchron-Kettenräder 43 mit der Zahnkette kann die Drehzahl beibehalten werden, womit die Drehzahl der beiden Leitspindeln 41 beibehalten wird. Bei gleicher Drehzahl der beiden Leitspindeln 41 kann eine lineare Bewegung der Zusammendrückvorrichtung 5 entlang der Axialrichtung bewirkt werden, womit die Stabilität des Drehzahlverstellrings 3 während seiner Bewegung sichergestellt wird.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass in einigen Ausfuhrungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die Zusammendrückvorrichtung auch zylinderförmig oder kegelstumpfförmig mit einem bestimmten Kegelwinkel ausgebildet sein kann. Beispielsweise nimmt der Durchmesser auf einer Seite (rechte Seite in den Zeichnungen) der Eingangswelle 11 ab, so dass der Drehzahlverstellring 3 beim Bewegen in diesen Bereich eine größere Verformung aufweist und dadurch eine größere Berührungsfläche zwischen ihm und einem kleineren Ende (also das Ende mit einer geringeren Größe) des Planeten-Kegelrads 252 vorliegt, wodurch ein Rutschen des Drehzahlverstellrings 3 verringert wird. Auf eine ausführliche Beschreibung darüber wird verzichtet.
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Wie aus 1 bis 3 zu entnehmen ist, ist ferner vorgesehen, dass während der Übertragung der Antriebskraft bei dem erfindungsgemäßen stufenlosen Getriebe das zentrale Sonnenrad 13 sich synchron mit der Eingangswelle 11 dreht (Drehen um die eigene Achse) und damit das angetriebene Planetenrad 251 zum Drehen (Drehen um die eigene Achse) antreibt, so dass das Planeten-Kegelrad 252 ebenfalls in synchrone Drehung versetzt wird. Da das Planeten-Kegelrad 252 mit dem Drehzahlverstellring 3 verbunden ist und sich der Drehzahlverstellring 3 nicht dreht (festgehalten durch die Zusammendrückvorrichtung 5), dreht sich das Planeten-Kegelrad 252 beim Drehen (Drehen um eigene Achse) um den Mittelpunkt des Drehzahlverstellrings 3 innerhalb des Drehzahlverstellrings 3 (Drehen um äußere Achse). Da die Planetenradwelle 253 durch den Planetenträger 23 hindurchgeht, können der Planetenträger 23 und die Ausgangswelle 21 auf dem Planetenträger 23 in Drehung (Drehen um eigene Achse) versetzt werden, um damit die Übertragung der Antriebskraft zu verwirklichen.
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Ferner ist in dem Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 vorgesehen, dass zur Drehzahlverstellung für das stufenlose Getriebe zunächst der Drehzahlverstell-Steuermechanismus die Leitspindel 41 des Drehzahlverstell-Leitspindelmechanismus 4 zur axialen Drehbewegung (Drehen um eigene Achse) antreibt, wobei die sich drehende Leitspindel 41 eine Bewegung der Spindelmutter 42 in der ersten Richtung bewirkt. Da die Zusammendrückvorrichtung 5 einteilig mit der Spindelmutter 42 ausgeformt ist, bewegt sich die Zusammendrückvorrichtung 5 ebenfalls mit der Spindelmutter 42 in der ersten Richtung (Richtung der Achse X in 1) mit. Dadurch schiebt die Zusammendrückvorrichtung 5 den Drehzahlverstellring 3 derart, dass das kegelförmige Federplättchen 31 des Drehzahlverstellrings 3 entlang der ersten Richtung auf der Oberfläche des Planeten-Kegelrads 252 rollt. Zur klaren Beschreibung der Bewegungsbahn der kegelförmigen Federplättchen des Drehzahlverstellrings zeigt 4 die Bewegungsspur der kegelförmigen Federplättchen des Drehzahlverstellrings an dem Planeten-Kegelrad während der Drehzahlverstellung bei dem erfindungsgemäßen stufenlosen Getriebe. Dabei erfolgt eine Beschreibung unter Bezugnahme auf 4 am Beispiel eines kegelförmigen Federplättchens 31 an dem Drehzahlverstellring 3. Insbesondere rollt, wie in 4 gezeigt, das kegelförmige Federplättchen 31 des Drehzahlverstellrings 3 beim Drehen um die ringförmige Zentralwelle 32 (siehe den Pfeil in 4) gleichzeitig entlang der Oberfläche des Planeten-Kegelrads 252, wenn die Zusammendrückvorrichtung 5 entlang der ersten Richtung (Richtung der Achse X in 4) den Drehzahlverstellring 3 schiebt, so dass sich der Drehzahlverstellring 3 entlang der ersten Richtung (Richtung der Achse X in 4) bewegt. Daher erfolgt eine Rollbewegung des Drehzahlverstellrings bei einer Drehzahlverstellung des stufenlosen Getriebes, womit vorteilhafterweise eine geringere Reibungs-Widerstandskraft und eine schnelle Drehzahlverstellung und andere Vorteile gegenüber einer gleitenden Bewegung einer Stahlkette während der Drehzahlverstellung bei bestehenden mechanischen stufenlosen Automatikgetriebe (CVT) erzielt werden.
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Da das Planeten-Kegelrad 252 auf dem Rollbewegungsweg des Drehzahlverstellrings 3 in der ersten Richtung unterschiedliche Durchmesser aufweist, wird dadurch eine Untersetzung oder Beschleunigung des stufenlosen Getriebes erreicht. Da bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 der Durchmesser des Planeten-Kegelrads 252 entlang der Richtung der Achse X allmählich zunimmt, während die Winkelgeschwindigkeit des Planeten-Kegelrads 252 gleich bleibt, nimmt die lineare Geschwindigkeit der Stelle, an der das Planeten-Kegelrad 252 mit dem Drehzahlverstellring 3 in Eingriff steht, mit der Zunahme des Durchmessers zu. Daher nimmt die Drehzahl (Drehen um äußere Achse) des Planeten-Kegelrad 252 innerhalb des Drehzahlverstellrings 3 zu und durch schnellere Drehung des Planetenträgers 23 unter Einwirkung einer Schubbewegung durch die Planetenradwelle 253 wird damit die ausgegebene Drehzahl der Ausgangswelle 21 erhöht. Im Gegensatz dazu kann eine Rollbewegung des Drehzahlverstellrings 3 in eine der Achse X entgegengesetzte Richtung eine Verringerung der Drehzahl der Ausgangswelle 21 bewirken.
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Ferner ist in dem Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 vorgesehen, dass das stufenlose Getriebe ein Gehäuse 6 umfasst. Dabei sind der Planeten-Antriebskraftübertragungsmechanismus, der Drehzahlverstellring und die Drehzahlverstelleinheit innerhalb des Gehäuses 6 angeordnet.
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Zusammenfassend ist aus dem Ausführungsbeispiel nach 1 bis 4 ersichtlich, dass bei dem stufenlosen Getriebe nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Antriebskraft-Übertragung effektiv verbessert und damit die Anforderung an großes Drehmoment erfüllt wird, indem durch Antreiben von dem Antriebskraft-Eingangsteil sich das angetriebene Planetenteil des Antriebskraft-Ausgangsteils um dieses dreht, um die Ausgangswelle des Antriebskraft-Ausgangsteils in Drehung zu versetzen.
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Des Weiteren wird bei einem derartigen stufenlosen Getriebe durch Bewegen des Drehzahlverstellrings entlang der ersten Richtung unter Steuerung von der Drehzahlverstelleinheit die Drehzahl des Antriebskraft-Ausgangsteils des Antriebskraft-Übertragungsmechanismus eingestellt, um t eine Drehzahlverstellung des stufenlosen Getriebes zu ermöglichen. Dabei umfasst der Drehzahlverstellring mehrere um die ringförmige Zentralwelle drehbare kegelförmige Federplättchen, so dass während der Drehzahlverstellung der Drehzahlverstellring beim Bewegen in der ersten Richtung sich rollend auf der Oberfläche des Planeten-Kegelrads bewegt. Damit werden vorteilhafterweise eine geringere Reibungs-Widerstandskraft und eine schnelle Drehzahlverstellung gegenüber einer gleitenden Bewegung einer Stahlkette während der Drehzahlverstellung bei bestehendem mechanischem stufenlosem Automatikgetriebe (CVT) erzielt. Zudem wird mittels des Planeten-Kegelrads erzielt, dass neben gleichzeitiger Übertragung eines Drehmoments über mehrere Planeten-Kegelräder sich der Drehzahlverstellring unter Zusammendrücken gemeinsam durch die Zusammendrückvorrichtung und das Planeten-Kegelrad verformt, womit die Berührungsfläche mit dem Planeten-Kegelrad vergrößert wird und damit ferner die Vorteile wie große Berührungsfläche, geringer Betriebsverschleiß und lange Lebensdauer verwirklicht werden. Mit einem derartigen stufenlosen Getriebe entfällt eine komplizierte hydraulische Zusammendrückvorrichtung wie bei bestehenden stufenlosen Getrieben, wodurch vorteilhafterweise einfache Herstellung, niedrige Kosten, hohe Zuverlässigkeit erzielt werden.
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Bisher wurde die vorliegende Erfindung anhand konkreter bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert, wodurch jedoch die konkrete Ausführung der Erfindung keineswegs eingeschränkt wird. Für Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet sind verschiedene einfache Ableitungen und Substitutionen ohne Verlassen der Grundidee der vorliegenden Erfindung möglich, die ebenfalls als Bestandteil des Schutzumfangs der Erfindung betrachtet werden sollen.