DE19756150A1 - Stufenloses Reibradgetriebe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein stufenloses Reibradgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges stufenloses Reibradgetriebe weist übli­ cherweise koaxial zu einer gemeinsamen Welle angeordnete Eingangs- und Ausgangsscheiben auf, die paarweise zueinan­ der angeordnet sind und deren Innenflächen toroidförmig ausgestaltet sind sowie zwischen den Paaren von Eingangs- und Ausgangsscheiben angeordnete Reibräder. Diese Reibräder stehen sowohl mit den Eingangsscheiben als auch mit den Ausgangsscheiben in Reibkontakt und übertragen das von ih­ nen von der Eingangsscheibe übertragene Drehmoment auf die Ausgangsscheibe durch reibschlüssigen Kontakt, wobei die Drehzahl der Reibräder um so höher ist je größer der Ab­ stand zwischen ihrer Berührungsstelle mit der Eingangs­ scheibe und der Drehachse ist. Die Drehzahl der Ausgangs­ scheiben hingegen ist um so größer je näher die Berührungs­ stelle zwischen Reibrad und Ausgangsscheibe an der Drehach­ se liegt. Durch Verschwenkung der Reibräder kann demzufolge die Drehzahl der Ausgangsscheibe stufenlos und beliebig eingestellt werden. Zu diesem Zweck sind die Drehachsen der Reibräder an einem Träger gelagert, der über eine Ver­ schwenkeinrichtung ansteuerbar ist.

Das Grundprinzip eines derartigen stufenloses Reibrad­ getriebes ist bereits in der US-2 152 796, die im Jahre 1939 veröffentlicht wurde, beschrieben. Darin sind zwei Paare konkaver Eingangs- und Ausgangsscheiben vorgesehen, zwischen denen schwenkbar gelagerte Reibräder angeordnet sind, so daß ein über eine Eingangswelle den Eingangsschei­ ben und den Reibrädern übertragenes Drehmoment je nach Re­ lativstellung der Reibräder mit einem davon unabhängigen Übersetzungsverhältnis über die Ausgangsscheiben, eine Zahnradstufe und eine Hohlwelle einem Summierungsgetriebe in Form eines Planetengetriebes zugeführt wird. Der Steg des Planetengetriebes treibt eine Ausgangswelle, die mit den Antriebsrädern, z. B. eines Kraftfahrzeuges verbunden ist. Die Ausgangswelle kann dabei parallel zur und im Ab­ stand von der Ausgangswelle angeordnet sein. Das Ausgangs­ zahnrad und die beiden Ausgangsscheiben sind drehbar auf der Hülse gelagert, die an ihren Enden in Lagerstützen ab­ gestützt ist. Die Anordnung der Lagerstützen zwischen je­ weils einer Ein- und Ausgangsscheibe setzt einen genügend großen Bauraum zwischen diesen Scheiben voraus.

Das Getriebe nach der US-PS 3 739 658 weist ebenfalls einen zweizügigen Variator mit zwei paarweise angeordneten Ein- und Ausgangsscheiben auf, zwischen denen schwenkbar gelagerte Reibräder angeordnet sind. Bei dieser Konstrukti­ on ist eine Lagerstütze vorhanden, die Bestandteil des Ge­ häuses ist und die räumlich zwischen den beiden Ausgangs­ scheiben liegend angeordnet ist. Die von den Ausgangsschei­ ben abfließende Leistung wird über ein Planetengetriebe, das zudem als Differential wirkt, einer Hohlwelle zugelei­ tet. Die Hohlwelle ist mit dem Ausgangszahnrad drehfest verbunden und wird über Kugellager in der Lagerstütze dreh­ bar gehalten.

Das Ausgangszahnrad steht mit einem Zahnrad in An­ triebsverbindung, das drehfest am Gehäuse eines Drehmoment­ wandlers befestigt ist. Dieser treibt die Ausgangswelle des Getriebes. Die Anordnung des Drehmomentwandlers am Eingang der Ausgangswelle bedingt einen relativ großen Achsabstand zwischen Ein- und Ausgangswelle des Getriebes. Damit sind die Anwendungsfälle für dieses Getriebe stark einge­ schränkt, weil der erforderliche Einbauraum nicht immer zur Verfügung steht.

Aus der US-5 067 360 ist ein stufenloses Reibradge­ triebe bekannt, mit einer eine Gehäusestirnwand durchset­ zenden Eingangswelle sowie mit zwei Paaren konkaver Ein­ gangs- und Ausgangsscheiben, zwischen denen ebenfalls schwenkbar gelagerte Reibräder angeordnet sind, mittels denen das gewünschte Übersetzungsverhältnis einstellbar ist. Der Eingangswelle ist ein fest mit ihr verbundener Nockenflansch zugeordnet, der eine rollenförmige Anpreßein­ richtung in Richtung der ersten Eingangsscheibe beauf­ schlagt, die mit einer das Getriebe durchsetzenden Drehmo­ mentwelle fest verbunden ist. Die zweite Eingangsscheibe ist ebenfalls mit der Drehmomentwelle fest verbunden und wird durch diese in Drehungen versetzt, während die beiden, spiegelsymmetrisch zueinander und zwischen den beiden Ein­ gangsscheiben angeordneten Ausgangsscheiben drehbar auf der Drehmomentwelle gelagert sind und ein Ausgangszahnrad in Richtung einer Ausgangswelle gemeinsam beaufschlagen.

Die deutsche Patentanmeldung 197 03 544 beschreibt ein Getriebe, bei dem die Antriebsleistung in einem ersten Lei­ stungsbereich von einer Antriebswelle auf eine Abtriebswel­ le direkt übertragen wird und in einem zweiten Leistungsbe­ reich über ein stufenlos verstellbares Reibradgetriebe mit paarweise zusammenwirkenden toroidförmigen Laufflächen, zwischen denen Rollkörper laufen und ein Planetengetriebe übertragen wird, wobei der erste Leistungsbereich einem ersten Vorwärtsfahrbereich entspricht, bei dem die An­ triebsleistung über den Variator auf die Abtriebswelle übertragen wird, während das Planetengetriebe als Einheit umläuft und wobei sich an den ersten Leistungsbereich ein weiterer Leistungsbereich anschließt, der einem Bereich höherer Vorwärtsfahrgeschwindkeit entspricht, bei dem die Antriebsleistung unter Leistungsverzweigung dem Planetenge­ triebe direkt und über den Variator zugeführt wird und durch dieses summiert auf die Abtriebswelle übertragen wird.

Häufig treten bei Reibradgetriebesystemen mit Lei­ stungsverzweigung im Umschaltpunkt, d. h. bei Zug-/Schub­ wechsel hohe Amplituden der Drehmomente auf, die bei Ver­ wendung der üblichen mechanischen, axial wirkenden An­ preßeinrichtungen zu Verdrehwinkeln zwischen den beiden im Abstand voneinander angeordneten Eingangsscheiben führen. Außerdem ist bei Reibradgetriebesystemen mit Leistungsver­ zweigung das Variatormoment im leistungsverzweigten Bereich ungleich dem Motordrehmoment. Da die Anpreßeinrichtung mo­ mentenabhängig die beiden Eingangsscheiben zusammenziehen muß und dies über Winkelscheiben geschieht, wird die vorde­ re, d. h. die eingangsseitige Eingangsscheibe um bis zu 60° gegenüber der Welle und damit gegenüber der hinteren Ein­ gangsscheibe verdreht. Bei einem Zug-/Schubwechsel werden die vollen Verdrehwinkel innerhalb weniger Sekundenbruch­ teile aufgebracht.

Dies bedeutet für die üblicherweise als Rollen ausge­ staltete Anpreßeinrichtung an der vorderen Eingangsscheibe Beschleunigungen bzw. Verzögerungen, die die Rollen an der hinteren Eingangsscheibe nicht erfahren. Je nach Beschleu­ nigung bzw. Verzögerung erhöht dies den Schlupf an den vor­ deren bzw. hinteren Rollen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem leistungsverzweigten Reibradgetriebe, bei dem die Axial­ kraft durch eine rollenförmige Anpreßeinrichtung übertragen wird, jegliche Winkelverdrehungen zwischen der vorderen und der hinteren Eingangsscheibe zu vermeiden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Das erfindungsgemäß ausgestaltete Reibradgetriebe bie­ tet den Vorteil, daß keinerlei Winkelverdrehung zwischen vorderer und hinterer Eingangsscheibe mehr auftritt und daß das Drehmoment gleichmäßig in beiden Eingangsscheiben ein­ geleitet werden kann. Die Antriebswelle weist keinerlei Zugankerfunktion mehr auf.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben, in der die für das Verständnis der er­ findungsgemäß ausgestalteten Reibradgetriebe wesentlichen Bauteile dargestellt sind.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch diese wesentlichen Bauteile;

Fig. 2 eine vergrößerte schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Anpreßeinrichtung;

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausfüh­ rungsbeispiel einer Anpreßeinrichtung;

Fig. 4 ein anderes vorteilhaftes Ausführungsbei­ spiel der Anpreßeinrichtung und

Fig. 5 bis 7 verschiedene Querschnitte zur Anordnung der in Fig. 4 gezeigten Anpreßeinrichtung.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Antriebswelle 1, die mit einem Anfahrelement, z. B. mit einem Drehmomentwandler oder einer naßlaufenden Anlaufkupplung einer Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeuges verbunden ist. In dem nicht darge­ stellten Gehäuse sind zwei Getriebeeinheiten koaxial zur Antriebswelle 1 angeordnet. Die eine Getriebeeinheit weist eine Eingangsscheibe 9 und eine Ausgangsscheibe 10 auf, deren einander zugewandte Oberflächen toroidförmig ausge­ staltet sind; die andere Getriebeeinheit weist eine Ein­ gangsscheibe 12 und eine ihr gegenüber angeordnete Aus­ gangsscheibe 11 auf, deren einander zugewandte Oberflächen ebenfalls toroidförmig ausgestaltet sind. In bekannter Wei­ se sind in den beiden Getriebeeinheiten jeweils vorzugswei­ se zwei (nicht dargestellte) Reibräder vorgesehen, die an schwenkbaren Trägern befestigt sind, so daß sie bezüglich der Längsachse der Antriebswelle 1 verschwenkt werden kön­ nen. Diese Reibräder stehen in reibschlüssigem Kontakt mit den beiden ihnen zugewandten Oberflächen der Eingangsschei­ ben 9, 12 und der Ausgangsscheiben 10, 11, wobei die Reib­ räder einer Getriebeeinheit symmetrisch zur Achse der An­ triebswelle 1 angeordnet sind.

Werden nun die Reibräder durch die nicht dargestellte Verschwenkeinrichtung bezüglich der Längsachse der An­ triebswelle geneigt, so verschieben sich die Berührungs­ punkte des Umfangs der Reibräder entlang der toroidförmigen Oberflächen sowohl der Eingangsscheiben als auch der Aus­ gangsscheiben, wodurch das Übersetzungsverhältnis zwischen einer Eingangs- und einer Ausgangsgeschwindigkeit kontinu­ ierlich, d. h. stufenlos, eingestellt werden kann.

Die Antriebswelle 1 erstreckt sich in Längsrichtung durch das Reibradgetriebe und ist an ihrem vorderen Ende mit einer Tragstruktur 5 versehen, die mit einer Anpreßein­ richtung 6 zusammenwirkt, die z. B. rollenförmig ausgestal­ tet ist.

Sowohl die Eingangsscheiben als auch die Ausgangs­ scheiben sind auf einer Hohlwelle 2 gelagert, welche die Antriebswelle 1 koaxial umgibt und die über Lager 3, 4 drehbar auf ihr gelagert ist. Die beiden Ausgangsschei­ ben 10, 11 sind drehbar auf der Hohlwelle 2 gelagert, wäh­ rend die zweite Eingangsscheibe 12 drehfest mit der Hohl­ welle verbunden ist. Mit 13 ist schematisch ein Zahnrad bezeichnet, welches von den beiden Ausgangsscheiben 10, 11 beaufschlagt wird und mit der nicht dargestellten Abtriebs­ welle in Verbindung steht.

An dem der Tragstruktur 5 zugewandten Ende der Hohl­ welle 2 ist ein Nockenflansch 17 vorgesehen, der an der der Anpreßeinrichtung 6 zugewandten Außenfläche mit Kurvenbah­ nen versehen ist. Auch die Außenwand der ersten Eingangs­ scheibe 9 ist mit an die Anpreßeinrichtung 6 angepaßten Kurvenbahnen versehen, welche asymmetrisch zu denjenigen im Nockenflansch 17 ausgestaltet sind.

Die rollenförmige Anpreßeinrichtung 6 ist derart am freien kürzeren Schenkel der U-förmigen Tragstruktur 5 vor­ gesehen, daß sie einerseits die erste Eingangsscheibe 9 beaufschlagt und andererseits den Nockenflansch 17 der Hohlwelle 2. Um die richtige Drehrichtung für die Eingangs­ scheibe 9 zu erzielen, weist nun die Anpreßeinrichtung 6 mindestens zwei übereinander an derselben Achse gelagerte Rollen auf, die jedoch eine entgegengesetzte Drehrichtung zueinander aufweisen.

Fig. 2a zeigt schematisch eine Seitenansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Anpreßeinrichtung mit drei übereinander angeordneten Rollen 61, 62, 63, wobei die beiden Rollen 61, 63 die gleiche Drehrichtung aufwei­ sen, während die Rolle 62 eine entgegengesetzte Drehrich­ tung aufweist, wie es durch den gestrichelten Pfeil ange­ deutet ist. Die Rollen wirken mit den entsprechenden Kur­ venbahnen 51, 52, 53 im Nockenflansch 17 bzw. den Kurven­ bahnen 41, 42, 43 in der Eingangsscheibe 9 dahingehend zu­ sammen, daß die erste Eingangsscheibe 9 die gleiche Dreh­ richtung aufweist, wie der Nockenflansch 17, der einen Teil des Drehmomentes der zweiten hinteren Eingangsscheibe 12 zuführt.

Fig. 2b zeigt schematisch eine Draufsicht auf das in Fig. 2a dargestellte Ausführungsbeispiel, wobei die unter­ schiedlichen Drehrichtungen der obersten Rolle 61 und der mittleren Rolle 62 durch den gestrichelten bzw. ausgezoge­ nen Pfeil angedeutet sind.

Fig. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer Anpreßeinrichtung, die hierbei aus mehreren Sätzen von übereinander angeordneten sich berührenden Rollen 21, 22, 23 bzw. 31, 32, 33 besteht, wobei jeder Satz Rollen auf einer Achse 18 bzw. 19 gelagert ist, die parallel zueinan­ der verlaufen und in einer Halterung 20 angeordnet sind.

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf diese beiden Rollen­ satze, wobei die Ebene, welche die parallel zueinander an­ geordneten Achsen 18, 19 enthält, parallel zur Längsachse der Antriebswelle 1 bzw. der Hohlwelle 2 verläuft.

Bei dem in den Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungs­ beispielen erkennt man, daß die Achsen 18, 19 in Ebenen angeordnet sind, die einen Winkel mit der Längsachse der Antriebswelle 1 bzw. der Hohlwelle 2 einschließen.

Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel können anstelle mehrerer übereinander angeordneter Rollen gemäß den Ausführungsbeispielen in den Fig. 2 bis 7 auch Keile mit Nadelkäfigen gemäß Fig. 3 vorgesehen werden, wo­ bei ebenfalls mehrere übereinander angeordnete Keile mit entgegengesetzten Drehrichtungen in den Nadelkäfigen zum Einsatz kommen können.

Durch das Vorsehen einer Anpreßeinrichtung mit mehre­ ren Rollen bzw. Keilen mit Nadelkäfigen, von denen jeweils ein Teil den Nockenflansch 17 und der andere Teil die erste Eingangsscheibe 9 beaufschlagen, kann also das Drehmoment gleichmäßig sowohl in die vordere Eingangsscheibe 9 als auch in die hintere Eingangsscheibe 12 eingeleitet werden, ohne daß eine Winkelverdrehung zwischen diesen beiden Scheiben auftritt. Ferner sei darauf hingewiesen, daß die Antriebewelle 1 keinerlei Zugankerfunktion aufweist.

Bezugszeichenliste

1

Antriebswelle

2

Hohlwelle

3

Lager

4

Lager

5

Tragstruktur

6

Anpreßeinrichtung

7

Keil

8

Nadelkäfig

9

Eingangsscheibe

10

Ausgangsscheibe

11

Ausgangsscheibe

12

Eingangsscheibe

13

Zahnrad

14

Lager

15

Lager

16

Anschlag

17

Nockenflansch

18

Achse

19

Achse

20

Halterung

21

Rolle

22

Rolle

23

Rolle

31

Rolle

32

Rolle

33

Rolle

41

Kurvenbahn

42

Kurvenbahn

43

Kurvenbahn

51

Kurvenbahn

52

Kurvenbahn

53

Kurvenbahn

61

Rolle

62

Rolle

63

Rolle

Claims (1)

1. l. Stufenloses Reibradgetriebe mit:
   einer Antriebswelle,
   zwei koaxial zur Antriebswelle angeordneten Eingangsschei­ ben mit toroidförmigen Innenflächen,
   zwei koaxial zur Eingangswelle angeordneten Ausgangsschei­ ben mit toroidförmigen Innenflächen, wobei je eine Ein­ gangsscheibe und eine Ausgangscheibe ein Paar bilden und die beiden Ausgangsscheiben spiegelsymmetrisch zueinander und nebeneinander angeordnet sind,
   einer Zahnradanordnung zwischen den Ausgangsscheiben, einer Anpreßeinrichtung zur Einleitung des Drehmomentes, einer Hohlwelle, welche die Antriebswelle koaxial umgibt, wobei die erste Eingangsscheibe und die beiden Ausgangs­ scheiben drehbar auf der Hohlwelle gelagert sind und die zweite Eingangsscheibe drehfest mit der Hohlwelle verbunden ist,
   dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebs­ welle (1) mit einer im wesentlichen U-förmigen Tragstruk­ tur (5) versehen ist, wobei der kürzere freie Schenkel des U eine rollenförmige Anpreßeinrichtung (6) trägt, die ei­ nerseits die erste Eingangsscheibe (9) beaufschlagt und andererseits einen Nockenflansch (17) der Hohlwelle (2) beaufschlagt und daß die Anpreßeinrichtung (6) derart aus­ gestaltet ist, daß die erste Eingangsscheibe (9) und der Nockenflansch (17) in der gleichen Drehrichtung beauf­ schlagt werden.

   • 2. Reibradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anpreßeinrichtung (6) mindestens zwei übereinander angeordnete Rollen (61, 62, 63) mit entgegengesetzten Drehrichtungen aufweist.
   • 3. Reibradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anpreßeinrichtung meh­ rere nebeneinander angeordnete Rollen (21, 22, 23; 31, 32, 33) aufweist, wobei mindestens eine Rolle (21, 22, 23) den Nockenflansch (17) und mindestens eine Rolle (31, 32, 33) die erste Eingangsscheibe (9) beaufschlagt.
   • 4. Reibradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anpreßeinrichtung keil­ förmig dargestellt ist und an ihrem Umfang mehrere überein­ ander angeordnete Nadelkäfige mit entgegengesetzten Dreh­ richtungen aufweist.
   • 5. Reibradgetriebe nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Rollen (61, 62, 63) in Berührung stehenden Außenflächen der ersten Eingangsscheibe (9) und des Nocken­ flansches (17) asymmetrisch zueinander angeordnete Kurven­ bahnen (41, 42, 43 bzw. 51, 52, 53) zum Eingriff mit den zugehörigen Rollen der Anpreßeinrichtung aufweisen.
   • 6. Reibradgetriebe nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die die beiden Drehach­ sen (18, 19) der nebeneinander angeordneten Rollen durch­ setzende Ebene parallel zur Längsachse der Antriebswel­ le (1) angeordnet ist.
   • 7. Reibradgetriebe nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die die beiden Drehach­ sen (18, 19) der nebeneinander angeordneten Rollen durch­ setzende Ebene unter einem Winkel zur Längsachse der An­ triebswelle (1) angeordnet ist.