DE19822194A1

DE19822194A1 - Stufenloses Reibradgetriebe

Info

Publication number: DE19822194A1
Application number: DE19822194A
Authority: DE
Inventors: Juergen Wafzig
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1998-05-16
Filing date: 1998-05-16
Publication date: 1999-11-18
Anticipated expiration: 2018-05-17
Also published as: DE19822194B4; US6375594B1

Abstract

Das Reibradgetriebe weist eine Eingangswelle (1) und wenigstens eine Eingangsscheibe (4, 6) und wenigstens eine Ausgangsscheibe (5, 7) mit dazwischen angeordneten Reibrädern auf. Die Träger (16, 17) für die Reibräder (18, 19) sind an den Enden von unteren und oberen Querjochen gelagert, wobei die Enden der oberen Querjoche (12, 13) vorzugsweise stufenförmig in Richtung der unteren Querjoche (27) abgesenkt sind und die Durchmesser der oberen Aussparungen zur Aufnahme der oberen Lager größer sind als diejenigen der unteren Aussparungen.

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 ihnen von der Eingangsscheibe übertragene Drehmoment auf die Aus gangsscheibe durch reibschlüssigen Kontakt, wobei die Dreh zahl der Reibräder um so höher ist je grösser der Abstand zwischen ihrer Berührungsstelle mit der Eingangsscheibe und der Drehachse ist. Die Drehzahl der Ausgangsscheiben hinge gen ist um so grösser, je näher die Berührungsstelle zwi schen Reibrad und Ausgangsscheibe an der Drehachse liegt. Durch Verschwenkung der Reibräder kann demzufolge die Dreh zahl der Ausgangsscheibe stufenlos und beliebig eingestellt werden. Zu diesem Zweck sind die Drehachsen der Reibräder an einem Träger gelagert, der über eine Verschwenkeinrich tung 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 Eingangs scheiben und den Reibrädern übertragenes Drehmoment je nach Relativstellung der Reibräder mit einem davon abhängigen 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 Eingangswelle angeordnet sein. Das Ausgangs zahnrad und die beiden Ausgangsscheiben sind drehbar auf einer Hülse gelagert, die an ihren Enden in Lagerstützen abgestützt ist. Die Anordnung der Lagerstützen zwischen jeweils 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 4 893 517 ist ein stufenloses Reibradge triebe bekannt mit einer Eingangswelle, die ein Gehäuse durchsetzt. Das Gehäuse ist mittels einer Trennwand in zwei Hohlräume unterteilt, in denen jeweils eine Eingangsscheibe und eine ihr gegenüberliegende Ausgangsscheibe mit dazwi schenliegenden Reibrädern gelagert sind, wobei sowohl die Eingangsscheibe als auch die Ausgangsscheibe in den beiden Hohlräumen auf einer gemeinsamen Achse liegen, zu der die Reibräder zur Erzielung der gewünschten Geschwindigkeits übersetzung verschwenkt werden können. Die beiden Paare aus Eingangsscheiben und Ausgangsscheiben sind spiegelsymme trisch zueinander in den Hohlräumen derart angeordnet, dass die beiden Ausgangsscheiben nebeneinander liegen, und zwar zu beiden Seiten der die beiden Hohlräume voneinander tren nenden Trennwand, in der ein Zahnrad gelagert ist, welches von den beiden Ausgangsscheiben gemeinsam mit dem Ausgangs drehmoment beaufschlagt wird.

Die unveröffentlichte Patentanmeldung DE 197 32 064.8 der Anmelderin beschreibt ein stufenloses Reibradgetriebe, bei dem die Eingangswelle von einer koaxial dazu angeordne ten Drehmomentwelle umgeben ist; die Eingangswelle er streckt sich durch das gesamte stufenloses Getriebe und ist an ihrem Ende mit einer Axialscheibe versehen. Dieser Axialscheibe ist eine Anpresseinrichtung zugeordnet, welche eine erste Eingangsscheibe einer Getriebeeinheit in Rich tung zu deren zugehörigen Ausgangsscheibe hin beaufschlagt. Die Eingangsscheibe der zweiten Getriebeeinheit stützt sich über ein Axiallager an einer zweiten Axialscheibe ab und über ein Radiallager auf der Eingangswelle.

Zwischen den beiden Getriebeeinheiten ist ein topfför miges Lagerstützglied vorgesehen, in dem ein von den beiden Ausgangsscheiben der beiden Getriebeeinheiten beaufschlag tes Zahnrad angeordnet ist, welches mit einem Abtriebszahn rad einer Ausgangswelle kämmt. Das Lagerstützglied bildet zusammen mit einem oberen und einem unteren Rahmenbügel einen Halterahmen, wobei die Rahmenbügel obere und untere Querjoche tragen, in denen die Träger für die Reibräder gelagert sind, die in vorgewählten, geneigten Ebenen abrol len können, um so das Drehmoment von der jeweiligen zugehö rigen Eingangsscheibe in stufenloser Übersetzung zur zuge hörigen Ausgangsscheibe der Getriebeeinheit zu übertragen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Varia tor und damit das Getriebe kompakter zu bauen sowie die Biegefestigkeit der Reibradträger zu erhöhen und damit die Variatorstabilität zu erhöhen.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe bei einem gattungsgemässen stufenlosen Reibradgetriebe, das neben den Merkmalen des Oberbegriffs auch das Merkmal des kennzeich nenden Teils des Hauptanspruchs aufweist. Vorteilhafte bau liche Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrie ben.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen unter anderem darin, dass eine kompaktere Bauweise aufgrund niedrigerer Träger erzielt wird und dass die Träger biege steifer ausgeführt werden können, wodurch sich geringere Kontaktpunktverschiebungen und geringere Ausgleichsbewegun gen durch Verformungen erzielen lassen. Ferner wird eine Tunnelkompatibilität im Hinblick auf eine Vielzahl von Fahrzeugen ermöglicht, da die bei den bisherigen Reibradge trieben auf der Oberseite auftretenden Höcker, die durch die Querverbindung der Träger mittels der Joche bedingt sind, entfallen.

Ein erfindungsgemäßes Reibradgetriebe kann vorteilhaf terweise sowohl als einzügiges als auch als zweizügiges Reibradgetriebe ausgebildet sein, wobei letzteres zwei Paa re von Eingangs- und Ausgangsscheiben aufweist. Das erfindungsgemäße Getriebe kann ebenfalls als einzügiges Getriebe mit einer Eingangs- und einer Ausgangswelle ausge bildet sein, aber auch als zweizügiges Getriebe vorteilhaf terweise eine Eingangswelle, eine koaxial dazu angeordnete Drehmomentwelle und ein Ausgangszahnrad zwischen den beiden Ausgangsscheiben aufweisen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der vorteilhafte Ausführungsbeispiele dargestellt sind.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein stufenloses Reibrad getriebe;

Fig. 2 einen Schnitt durch einen herkömmlichen Trä ger für die Reibräder und

Fig. 3 einen Schnitt durch einen erfindungsgemässen Träger.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Draufsicht auf ein stufenloses Reibradgetriebe sind nur die für das Verständ nis der Erfindung wesentlichen Bauteile bezeichnet. Die Eingangswelle 1 erstreckt sich durch das gesamte Getriebe und trägt eine drehfest mit ihr verbundene Axialscheibe 2, wobei sie über einen Teil ihrer Länge von einer Drehmoment welle 25 koaxial umgeben ist. Die Eingangswelle 1 ist mit einem nicht dargestellten Anfahrelement, z. B. mit einem Drehmomentwandler oder einer nass laufenden Anfahrkupplung einer Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeuges verbunden. Das stufenloses Reibradgetriebe weist zwei Getriebeeinheiten auf, die jeweils aus einer Eingangsscheibe und einer ihr zugeordneten Ausgangsscheibe mit toroidförmiger Oberfläche bestehen. Die Eingangsscheibe 4 der einen Getriebeeinheit stützt sich über ein Lager 3 auf einer Axialscheibe 2 ab und ist drehfest, aber längsverschieblich über eine Verrie gelungseinrichtung (Ball-Spline) 23 auf der Drehmomentwel le 25 gelagert. Die ihr zugeordnete Ausgangsscheibe 5, die ebenfalls eine toroidförmige Oberfläche aufweist, ist auf einer Buchse angeordnet; die Eingangsscheibe 6 der zweiten Getriebeeinheit ist ebenfalls drehfest auf der Drehmoment welle 25 gelagert, während die ihr zugeordnete Ausgangs scheibe 7 mit der Buchse fest verbunden ist, die die Drehmomentwelle umgibt.

Mit 8 ist eine Anpresseinrichtung bezeichnet, die rol lenförmig ausgestaltet ist und die zwischen der Eingangs scheibe 6 und einer Scheibe 9 mit einer Kurvenbahn angeord net ist, wobei die Scheibe 9 in Axialrichtung verschiebbar, aber drehfest mit der Eingangswelle 1 verbunden ist. Mit Hilfe der rollenförmigen Anpresseinrichtung 8 wird die Ein gangsscheibe 6 in Axialrichtung zur Ausgangsscheibe 7 und die Eingangsscheibe 4 in Axialrichtung zur Ausgangsschei be 5 hin beaufschlagt.

Mit 11 ist topfförmiges Lagerstützglied bezeichnet, welches an seiner Oberseite mit einem Rahmenbügel 22 fest verbunden, z. B. verschraubt ist und das mittig von der Drehmomentwelle 25 durchsetzt wird. Das Lagerstützglied 11 ist zwischen den beiden Getriebeeinheiten angeordnet und trennt diese voneinander. Das Lagerstützglied 11 sowie der obere Rahmenbügel 22 und ein weiterer unterer Rahmenbügel bilden zusammen eine Halterahmen. Mit 14, 15 sind Zapfen für zwei obere Querjoche 12, 13 bezeichnet, in denen Trä ger 16, 17 für die Reibräder 18, 19 gelagert sind. Nicht dargestellt in Fig. 1 sind die unteren Querjoche, in denen ebenfalls Zapfen für die Träger 16, 17 der Reibräder 18, 19 gelagert sind.

In den beiden Getriebeeinheiten sind jeweils vorzugs weise zwei Reibräder 18, 19 vorgesehen, die an den schwenk bar angeordneten Trägern 16, 17 befestigt sind, so dass sie bezüglich der Längsachse der Eingangswelle 1 verschwenkt werden können. Die Reibräder 18, 19 stehen in reibschlüssi gem Kontakt mit den beiden ihnen zugewandten Oberflächen der Eingangsscheiben 4, 6 und der Ausgangsscheiben 5, 7, wobei die Reibräder jeder Getriebeeinheit symmetrisch zur Achse der Eingangswelle 1 angeordnet sind.

Werden nun die Reibräder 18, 19 durch die nicht darge stellte Verschwenkeinrichtung bezüglich der Längsachse der Eingangswelle 1 geneigt, so verschieben sich die Berüh rungspunkte des Umfangs der Reibräder 18, 19 entlang der toroidförmigen Oberfläche sowohl der Eingangsscheiben als auch der Ausgangsscheiben, wodurch das Übersetzungsverhält nis zwischen einer Eingangs- und einer Ausgangsgeschwindig keit kontinuierlich, d. h. stufenlos eingestellt werden kann.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen herkömmli chen Träger 16 für die Reibräder, der an seiner Oberseite mit einem Lager 20 und an seiner Unterseite mit einem La ger 21 versehen ist, wobei das obere Lager 20 an einem En de 28 des oberen Querjoches 12 gelagert ist, d. h. eine darin angeordnete Aussparung 29 durchsetzt. Oberes Quer joch 12 und unteres Querjoch 27 verlaufen parallel zueinan der.

Zur Verringerung der Bauhöhe sind nun, wie in Fig. 3 dargestellt, die oberen Enden 28' der oberen Querjoche 12, 13 stufenförmig in Richtung der unteren Querjoche 27 abge senkt, während die unteren Querjoche ihre ursprüngliche Form beibehalten. Es ist auch möglich, die Enden der unte ren Querjoche 27 stufenförmig anzuheben in Richtung der oberen Querjoche 12. Man erkennt, dass dadurch die Bauhöhe der Träger 16, 17 verkleinert werden kann. Die Lager 20 der Träger 16, 17 für die Reibräder 18, 19 durchsetzten weiter hin die in den Enden 28' der oberen Querjoche vorgesehenen Aussparungen 29' deren Durchmesser d2 jedoch nunmehr grösser ist als der Durchmesser d1 der unteren Aussparungen, da auch die oberen Lager 20 einen grösseren Durchmesser aufweisen als die unteren Lager 21.

Bei einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind entweder ein Ende oder beide Enden des oberen Querjo ches 12 und/oder ein Ende oder beide Enden des unteren Querjoches 27 mit je einer knochenförmigen Verdickung 30, 31 versehen, wie es in Fig. 4 in Draufsicht auf ein oberes Querjoch 12 dargestellt ist. Bei dieser Ausführung kann die stufenförmige Ausgestaltung der Querjoche entfallen.

Diese grösseren Lager an der Oberseite der Träger bie ten den Vorteil einer erhöhten Biegesteifigkeit und damit eine geringere Kontaktpunktverschiebung der Reibräder an den ihnen zugeordneten Eingangs- und Ausgangsscheiben und demzufolge eine geringere Ausgleichsbewegung durch Verfor mung des Trägers.

Vorteilhafterweise weisen die Träger, d. h. der obere und gegebenenfalls auch der untere Träger 12, 27 Lager auf, die gegenüber normalen Trägern näher an der Mittelachse des Reibrades liegen, was nur durch eine Vergrößerung der La gerdurchmesser bewerkstelligt werden kann.

Die oberen und unteren Querjoche bzw. das obere und untere Querjoch können zur Realisierung des größeren Lager durchmessers bei gleichem Scheibenabstand an den Enden stu fenförmig abgesenkt sein oder an ihren Enden knochenförmig verdickt sein (Fig. 4). Dabei muß im Speziellen auf der Seite der axial beweglichen Scheiben (d. h. der Eingangs scheiben) das Joch stärker als bei den bekannten Reibradge trieben ausgenommen sein, da das näher an der Mittelachse liegende Joch näher an der toroidförmigen Kontur der Schei be liegt. Die Jochform ist vorteilhaft asymmetrisch in der Mitte ausgenommen (stärker an der Seite der beweglichen Scheibe, weniger an der Seite der fixierten Scheibe).

Bezugszeichenliste

1

Eingangswelle

2

Axialscheibe

3

Lager

4

Eingangsscheibe

5

Ausgangsscheibe

6

Eingangsscheibe

7

Ausgangsscheibe

8

Anpresseinrichtung

9

Scheibe mit Kurvenbahn

10

Endflansch

11

Lagerstützglied

12

Querjoch

13

Querjoch

14

Zapfen

15

Zapfen

16

Träger

17

Träger

18

Reibräder

19

Reibräder

20

Lager

21

Lager

22

Rahmenbügel

23

Ball-Spline
d1, d2Durchmesser

25

Drehmomentwelle

26

Ball-Spline

27

unteres Querjoch

28

,

28

'Ende des oberen Querjoches

29

,

29

'Aussparung

30

Verdickung

31

Verdickung

Claims

1. Stufenloses Reibradgetriebe, mit:

1. einer Eingangswelle (1),
2. wenigstens einer, insbesondere koaxial zur Eingangs welle angeordneten Eingangsscheibe (4, 6) mit einer toroidförmigen Innenfläche,
3. wenigstens einer, insbesondere koaxial zur Eingangs welle angeordneten Ausgangsscheibe (5, 7) mit einer toroidförmigen Innenfläche, wobei die Eingangsscheibe und die Ausgangsscheibe ein Paar bilden,
4. mehreren Reibrädern (18, 19), die zwischen den Innen flächen des wenigstens einen Paares der Eingangsschei be und Ausgangsscheibe verschwenkbar angeordnet sind zur Übertragung eines Drehmomentes von der Eingangs scheibe auf die zugehörige Ausgangsscheibe,
5. eine Anpresseinrichtung (8), die insbesondere bei der Eingangsscheibe (6), angeordnet ist, um diese in Rich tung Ausgangsscheibe (7) zu beaufschlagen,
6. einem Zahnrad oder einer Ausgangswelle oder einem ähn lichen Bauteil,
7. einem Axialflansch (2) oder einem ähnlichen Bauteil, auf dem sich die Ausgangsscheibe abstützt,

dadurch gekennzeichnet, dass Träger (16, 17) für die Reibräder (18, 19) vorgesehen und in den Enden von unteren und oberen Querjochen gelagert sind, wobei die Enden (28') der oberen Querjoche (12, 13) in Richtung der unteren Querjoche (27) abgesenkt sind.

2. Reibradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Enden der oberen Quer joche stufenförmig abgesenkt sind.

3. Reibradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Enden der unteren Querjoche in Richtung der oberen Querjoche stufenförmig angehoben sind.

4. Stufenloses Reibradgetriebe, mit:

dadurch gekennzeichnet, dass Träger (16, 17) für die Reibräder (18, 19) in den Enden von unteren und oberen Querjochen gelagert sind und ein Ende oder beide Enden des oberen Querjoches und/oder ein Ende oder beide Enden des unteren Querjoches eine knochenförmige Verdickung (30) aufweisen.

5. Reibradgetriebe nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, dass die Aussparungen in den Jochen asymmetrisch sind, derart dass die Ausnehmung in Richtung der Eingangsscheibe grösser ist als in Richtung der Ausgangsscheibe.

6. Reibradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trä ger (16, 17) obere Lager (20) und untere Lager (21) aufwei sen, welche entsprechende Aussparungen (29') in den En den (28') der oberen Querjoche (12, 13) und der unteren Querjoche (27) durchsetzen und dass die oberen Lager (20) einen grösseren Durchmesser (d2) als die Durchmesser (d1) der unteren Lager (21) aufweisen.

7. Reibradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Ein gangsscheiben (4, 6) und zwei Ausgangsscheiben (5, 7) vor gesehen sind und die beiden Ausgangsscheiben spiegelsymme trisch zueinander und nebeneinander und ein Zahnrad zwi schen den beiden Ausgangsscheiben angeordnet und der Axial flansch (2) mit der Eingangswelle (1) fest verbunden ist und daß sich die Eingangsscheibe (4) auf dem Axial flansch (2) abstützt.