DE19740406A1 - Stufenlos einstellbares Getriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Getriebe mit endlosem Übertragungselement von der Antriebs- auf die Abtriebswelle, wie Umschlingungsmittel oder Ring, bei denen die Übersetzung stufenlos einstellbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, Getriebe mit einer einstellbaren Übersetzung zu verwenden, um An­ triebe an wechselnde Anforderungen hinsichtlich Drehzahl und Lastmoment variabel anpassen zu können. Insbesondere das Drehmoment eines Verbrennungsmotors ist stark drehzahlabhängig, so daß die Ausnutzung des maximalen Motorwirkungs­ grades bzw. der maximalen Leistung bei wechselnden Fahrbedingungen eine Ände­ rung der Übersetzung erfordert. Eine Ursache dafür, daß in der Regel Stufen­ schaltungen zum Einsatz kommen, ist der relativ schlechte Gesamtwirkungsgrad stufenlos einstellbarer Getriebe, der zu einem Großteil durch die hohe Verstell- bzw. Haltearbeit der Stellsysteme herrührt.

Im Allgemeinen benötigen stufenlos einstellbare Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 einen aufwendigen und energiezehrenden Stellmechanismus, da die üblichen Kegelscheiben zum Ändern des Wirkdurchmessers längs der Getriebe­ wellen verschoben werden.

Durch die Andruckkräfte/Keilkräfte des Übertragungselements wirken je nach Wirk­ radius mehr oder weniger starke Kippmomente auf die Längsführung, welche sich als unangenehme Querkräfte auf die Führungen auswirken. Um einerseits diese Kräfte klein zu halten und entsprechendes "Verkanten" zu vermeiden und anderer­ seits einen möglichst großen Stellbereich R zu erhalten, bauen diese Führungen entsprechend lang, was das leistungsspezifische Bauvolumen negativ beeinflußt.

Durch aufwendige Kugelführungen wie in DE 43 05 102 A1 oder durch Einsatz von Stützscheiben wie in DE 32 22 481 A1 versucht man diesen Nachteilen entgegenzu­ wirken, erhöht dabei aber den Baum- und Montageaufwand.

Ein klassisches Beispiel ist in dem Getriebe der DE 43 05 102 A1 gezeigt, wo die Wegscheiben sehr lange Führungen aufweisen.

Um nun eine, wie beispielsweise in mobilen Systemen nötige, leichtgängige und schnelle Verstellung des Getriebes zu ermöglichen, auch bei axial stark einge­ schränktem Bauraum, wird ein neuer Verstellmechanismus vorgeschlagen, der, je nach Ausführung, eine besondere geometrische Gestaltung der Treibscheiben erfor­ dert, die aber leicht herstellbar ist.

Es wird vorgeschlagen, die Treibscheiben 2.1, 2.2 und 4.1, 4.2 direkt auf Stellwippen 6.1, 6.2 zu lagern, wie es in den Figuren gezeigt ist, so daß bei Schwenkung der Stellwippen 6.1, 6.2 um einen gewissen Winkelbetrag gegeneinander, die Treibscheiben diesen mitvollführen.

Dieser Mechanismus macht die Kippmomente gegenstandslos, d. h. sie werden durch Axial-Wälzlager und ggf. Radial-Wälzlager o. ä. abgefangen, so daß die Drehmomentübertragung quasi frei von Querkräften erfolgen kann.

Dies kann dann durch einfache Zahnkupplung bzw. Gleichlaufgelenke oder direkte Verzahnung am Umfang der Treibscheiben, die dann mit den Anschlußwellen käm­ men, realisiert werden, wie in Fig. 4 gezeigt.

Beispiele, bei dem schwenkende Stellglieder Verwendung finden, sind u. a. in den öffentlichen Druckschriften FR 933.231, US 1702.627, VDI-Richtlinien-Compact, "Getriebetechnik" 1982, Seite 107, Simonis, W.: (Stufenlos verstellbare mechanische Getriebe, 2. Auflage, Springer-Verlag 1959) S. 114-117 gezeigt, die allerdings alle gemeinsam haben, daß die kegelförmigen Treibscheiben längs der Wellen verscho­ ben werden, was die oben beschriebenen Probleme zur Folge hat, insbesondere bei geringem axialen Bauraum.

Ebenso ist es bekannt, sphärische Wälzkörper zu verschwenken, z. B. US 45 04 248, DE 40 17 613 A1, Simonis, W.: S. 45-65.

Beim erfindungsgemäßen Getriebe sind die Drehzahlseitenpartner der Treib­ scheiben 2.1, 2.2 und 4.1, 4.2, jeweils zumindest axial auf einer von zwei, sich ge­ genüberstehenden Stellwippen 6.11 bzw. 6.2 gelagert, die parallele Kippachsen auf­ weisen und gegensinnig geschwenkt werden können. Dabei führen die Stellwippen nur geringe Winkelbewegungen aus. Diese sind aber bei den verschiedenen Bau­ formen zu berücksichtigen.

Unterschieden werden muß einerseits zwischen Kipp-Achsen-Ausführung vor allem für Ringgetriebe, und Parallel-Achsen-Ausführung vor allem für Umschlingungs­ getriebe, und andererseits zwischen einem und zwei Treibscheibenpaaren pro Drehzahlseite, also An- bzw. Abtriebsseite.

Der Vorteil einer Lagerung der Scheiben auf Stellwippen besteht zum einen darin, daß die oben erwähnten Kippmomente von diesen Stellwippen aufgenommen wer­ den.

Die Lagerung der Stellwippen kann zum anderen recht einfach, beispielsweise durch Bolzen in Lagersteinen, erfolgen, wobei die Lagersteine axiale Druckkräfte von den Treibscheiben aufzunehmen haben, und ggf. je nachdem ob die Treibscheiben auch radial auf den Stellwippen gelagert sind, Radialkräfte der Treibscheiben, entspre­ chend dem übertragenen Drehmoment und dem Berührwinkel des Übertragungs­ mittels, und solche, hervorgerufen durch die Scheibenlagerreibungsmomente. Die Lagersteine sind z. B. radial in der Gehäuseseitenwand geführt, und axial verschiebbar angeordnet, gegebenenfalls zum Einstellen des Spieles/Andrucks im Getriebe von außen zu­ gänglich, mit z. B. gesicherten Einstellschrauben, wie sie auch bei Kettenspannern üblich sind, oder üben drehmomentabhängig selbsttätig Druck auf die Treibscheiben aus.

Durch geeignete Formgestaltung der Treibscheiben kann die axiale Bewegung der Stellwippenachsen minimiert werden, bzw. das Andruckverhalten beeinflußt werden. Die Stellwippen lassen sich, für sich genommen, auch unter hoher axialer Last leichtgängig bewegen, was durch Zahnräder-/Hebelgetriebe erfolgen kann, abgese­ hen von Hydraulikaggregaten u. dgl., die aber schlechtere Wirkungsgrade aufwei­ sen.

Lediglich das Übertragungselement verursacht dann noch nennenswerte Reibung beim Verändern des Wirkdurchmessers, was aber durch die Ablaufbewegung nur bei relativ zur Drehzahl schneller Verstellung der Fall ist.

Die Ausführung mit vier Scheibenpaaren (Kleeblattausführung), also zwei Scheiben­ paaren pro Drehzahlseite, ist besonders für einen Ring, insbesondere Lamellenring interessant, wobei dieser sich auf diese Weise nicht so stark einkeilt, wie es beim Reibring ja funktionsgemäß ist. Um dies zu vermeiden, sind biegesteife Übertragungselemente mit Lamellen als zentrisch gelagertes Rad ausgeführt, wie in US 2774.254 oder z. B. Simonis, W.: S. 129.

Allerdings finden sich Beispiele für vier Scheibenpaare in Verbindung mit einem Reibring in den öffentlichen Druckschriften z. B. DE 32 22 481 A1, wobei hier aber die Scheiben axial verschoben werden.

Maßgebend für die Geometrie der Treibscheiben ist die Bewegung des Übertragungselements auf den Treibscheiben, herrührend einerseits aus der Form des Übertragungselements also Ring oder Umschlingungsmittel, und andererseits aus der Anzahl der Treibscheibenpaare, sowie aus den relativen Abmessungen der maßgeblichen Getriebeglieder.

Für Umschlingungsgetriebe in denen als Übertragungselement Kette, Riemen, Schubgliederband oder dgl. Verwendung finden, ist vorgesehen, die Treibscheiben jeweils auf einer Trapezwippe anzuordnen, die im wesentlichen aus zwei Stell­ wippen mit parallelen Drehachsen besteht, wobei die beiden Stellwippen über ein Verbindungselement - beispielsweise dem Lagerblock für die Treibscheiben - mitein­ ander verbunden sind, so daß sie stets den gleichen Kippwinkel aufweisen und die auf dieser Treppenwippe angeordneten Treibscheiben eine achsparallele Bewegung in Verbindung mit einer geringen radialen Verschiebung - also eine rein translatorische Bewegung - ausführen.

Zur näheren Beschreibung der Erfindung dienen folgende Figuren:

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in vereinfachter perspektivischer Explosionsdarstellung mit den Stellwippen 6.1 und 6.2 sowie der auf ihnen gelagerten, und mitschwenkenden Treibscheiben, hier in Kleeblattausführung 1.1, bis 4.2 mit einem Ring 5 und den Wellen 7 bis 10.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit mitschwenkenden Treibscheibenachsen (Kippachsen-Ausführung), hier mit einem formschlüssigen Übertragungs­ element 5 (Kette oder Ring) mit Lamellen 15, in Längsschnittdarstellung, wobei hier die Treibscheiben 2.1, 2.2 und 4.1, 4.2 drehfest und radial mit den Zwischenwellen 8 bzw. 10 verbunden sind und axial auf den Stellwippen 6.1 bzw. 6.2 gelagert sind. Über jeweils ein Zwischengetriebe 13 bzw. 14 sind die Anschlußwellen 11 (Antriebsseite) und 12 (Abtriebsseite) mit den Zwischen­ wellen 8 und 10 verbunden.
Übersetzung ins Langsame dargestellt.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Ring in Kleeblattanordnung im Querschnitt in schematischer Darstellung mit Treibscheiben 1.2, 2.2, 3.2 und 4.2, dem Ring 5, sowie der Stellwippe 6.2.
Übersetzung ins Schnelle dargestellt.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel mit Trapez-Wippen, wie es wegen der parallelen Achsen vorzugsweise für Umschlingungsgetriebe einsetzbar ist.
Hier kämmen die Anschlußwellen 11 und 12 mit den Treibscheiben 2.1, 2.2 und 4.1, 4.2 , die auf dem jeweiligen Lagerblock der Stellwippen 6.1 und 6.2 axial und radial gelagert sind. Übersetzung ins Langsame dargestellt.

Die dargestellten Beispielgetriebe ermöglichen eine Änderung der Übersetzung zwi­ schen Antriebswelle 11 und Abtriebswelle 12, indem der effektive Durchmesser der Treibscheiben 1.1 u. 1.2 , 2.1 u. 2.2 sowie 3.1 u. 3.2, 4.1 u. 4.2 sowohl antriebsseitig als auch abtriebsseitig erfindungsgemäß eingestellt wird:

Zur Einstellung der Übersetzung weisen die dargestellten Beispielgetriebe zwei Stellwippen 6.1 und 6.2 auf, die jeweils mittels mindestens einer um eine senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Achse schwenkbar sind.

Durch ein gegensinniges Schwenken der Stellwippen 6.1, 6.2 ist es somit möglich, die Getriebeübersetzung einzustellen, wobei die Treibscheiben 1.1 u. 1.2 , 2.1 u. 2.2 sowie 3.1 u. 3.2, 4.1 u. 4.2 erfindungsgemäß mitgeschwenkt werden, so daß sich der Abstand der gegenüberliegenden Treibscheiben auf der Antriebsseite 1.1, 1.2 u. 2.1, 2.2 beispielsweise vergrößert, während der Abstand der gegenüberliegenden Treibscheiben auf der Abtriebsseite 3.1, 3.2 u. 4.1, 4.2 verkleinert wird, so daß hierbei eine Übersetzungsänderung ins Langsame erfolgt. Da des Übertragungselement ei­ ne konstante Breite hat, folgt es vertikal von der z. B. in Fig. 3 gezeigten Stellung (Übersetzung ins Schnelle) in die z. B. in Fig. 2 gezeigte Stellung.

Claims (6)

1. Getriebe mit stufenlos einstellbarer Übersetzung zwischen einer Antriebswelle (11) und einer Abtriebswelle (12), mit
einem mit der Antriebswelle (11) verbundenen, drehbar gelagerten ersten Paar Treibscheiben (2.1, 2.2),
einem mit der Abtriebswelle (12) verbundenen, drehbar gelagerten zweiten Paar Treibscheiben (4.1, 4.2), wobei die Treibscheiben an ihren zugewandten Wirkseiten im wesentlichen konisch oder baliig geformt sind,
sowie
einem endlosen Übertragungselement (5) zur Drehmomentübertragung von der Antriebswelle (11) auf die Abtriebswelle (12), weiches zwischen den Treibscheiben (2.1, 2.2, 4.1, 4.2) angeordnet ist und zur Drehmomentübertragung an seinen Seitenflanken mit den einander zugewandten Flächen der Treibscheiben (2.1, 2.2 und 4.1, 4.2) in Eingriff steht,
wobei
zur Veränderung des Wirkdurchmessers der Treibscheiben und damit der Getriebe­ übersetzung zwei Stellwippen (6.1, 6.2) vorgesehen sind, die auf gegenüberliegen­ den Seiten des Übertragungselements angeordnet sind und jeweils eine parallel zur Drehebene der Treibscheiben (2.1, 4.1 bzw. 2.2, 4.2) ausgerichtete und mittig zwi­ schen den Drehachsen der Treibscheiben angeordnete Schwenkachse aufweisen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Treibscheiben (2.1, 4.1 bzw. 2.2, 4.2) in der Weise auf den Stellwippen (6.1, 6.2) gelagert sind, daß sie bei deren Drehbewegung um die Schwenkachse mit­ schwenken.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Stellwippen (6.1 u. 6.2) jeweils aus mindestens zwei parallel schwenkbaren Stellgliedern beste­ hen, die durch gelenkiges Verbinden miteinander zu einer Trapezwippe gestaltet sind, so daß die auf ihnen gelagerten Treibscheiben auch eine rein translatorische Bewegung mit rein paralleler Verschiebung der Drehachse ausführen können.

3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Antriebswelle (11) verbundenes drittes Paar Treibscheiben (1.1, 1.2) und ein mit der Abtriebswelle (12) verbundenes viertes Paar Treibscheiben (3.1, 3.2) vorgesehen ist, wobei jeweils vier der Treibscheiben (1.1, 2.1, 3.1, 4.1 bzw. 1.2, 2.2, 3.2, 4.2) im wesentlichen kleeblaffartig in einer Ebene auf den Stellwippen angeordnet sind, so daß das Übertragungselement (5) zwischen den vier Treibscheibenpaaren (1, 2, 3 und 4) geführt wird.

4. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibscheiben (1.1, 2.1, 3.1, 4.1 bzw. 1.2, 2.2, 3.2, 4.2) jeweils an ihrer dem Übertragungselement (5) zugewandten Seite eine radiale Verzahnung aufweisen und ihre Drehstellung re­ lativ zueinander derart eingestellt ist, daß die zu einem Eingriffspaar gehörenden Treibscheiben (1.1 und 1.2, 2.1 und 2.2, 3.1 und 3.2, 4.1 und 4.2) jeweils um eine halbe Zahnteilung gegeneinander versetzt sind, und das Übertragungselement (5) zum formschlüssigen Eingriff in die Verzahnung der Treibscheiben eine Vielzahl von über den Umfang des Übertragungselements (5) verteilt aneinanderliegende hinreichend dünne Lamellen (15) aufweist, die in axialer Richtung über das Übertragungselement (5) hinausragen und zur örtlichen Anpassung an die Verzahnung der Treibscheiben (1.1, 1.2, 2.1, 2.2, 3.1, 3.2, 4.1, 4.2) in axialer Richtung verschiebbar sind.

5. Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement (5) im wesentlichen aus einem Außenring (5.1) und einem Innenring (5.2) besteht, wobei der Außenring (5.1) oder der Innenring (5.2) eine im wesentlichen mittig angeordnete umlaufende Innennut aufweist, und die Lamellen (15) zwischen Innenring (5.2) und Außenring (5.1) angeordnet sind, wobei die La­ mellen jeweils zur axialen Sicherung in dem Ring (5) eine radial hervorstehende Fe­ der aufweisen, die in die Innennut des Außenrings (5.1) oder in die des Innenrings (5.2) eingreift.

6. Getriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (11) mit einer ersten Welle (8) und/oder einer dritten Welle (7) verbunden ist, mit der wiederum das erste bzw. das dritte Paar Treibscheiben (2.1, 2.2 bzw. 1.1, 1.2) verbunden ist,
daß die Abtriebswelle (12) mit einer zweiten Welle (10) und/oder einer vierten Welle (9) verbunden ist, mit der wiederum das zweite bzw. das vierte Paar Treibscheiben (4.1, 4.2 bzw. 3.1, 3.2) verbunden ist,
wobei die Wellen im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind.