DE19829109A1

DE19829109A1 - Stufenloses Reibradgetriebe

Info

Publication number: DE19829109A1
Application number: DE1998129109
Authority: DE
Inventors: Andelko Vesenjak
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-05

Abstract

Das stufenlose Reibradgetriebe weist eine Eingangswelle und eine koaxial dazu angeordnete Drehmomentwelle auf sowie zwei paarweise angeordnete Eingangsscheiben und Ausgangsscheiben, zwischen denen Reibräder (27) angeordnet sind, die an Trägern (26) befestigt sind. Die Rückführung der Träger (26) in Y-Richtung (senkrecht zur Getriebelängsachse) erfolgt über einen Vierkantenschieber (36), ein Kniegelenk (34), eine Platte (38) und einen Kolben (32), wobei der Kolben (32) mit dem Träger (26) über eine Spindel (39) verbunden ist.

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 Ausgangsscheißen 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.

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 Patentanmeldung 197 54 725 der Anmelderin be schreibt ein stufenloses Reibradgetriebe, bei dem die Ein gangswelle von einer koaxial dazu angeordneten Drehmoment welle umgeben ist; die Eingangswelle erstreckt sich durch das ganze stufenlose Getriebe, das zwei koaxial zur Ein gangswelle angeordnete Eingangsscheiben, zwei koaxial zur Eingangswelle angeordnete Ausgangsscheiben und mehrere Reibräder aufweist, die zwischen den Innenflächen der paar förmig einander zugeordneten Eingangsscheiben und Ausgangs scheiben vorgesehen sind und die verschwenkbar angeordnet sind zur Übertragung eines Drehmomentes; eine Anpressein richtung beaufschlagt eine der Eingangsscheiben in Richtung der zugehörigen Ausgangsscheibe; im oberen Abschnitt des Gehäuses sind Aussparungen vorgesehen, in welche die oberen Enden der Träger für die Reibräder mit Spiel eingreifen, wobei diese oberen Enden der Träger von einem Lager umgeben sind, welches radiale und axiale Kräfte aufnimmt.

Die Träger für die Reibräder sind bei den herkömmli chen Reibradgetrieben üblicherweise mit einer Verstellein richtung in Y-Richtung (d. h. senkrecht zur Längsachse des Getriebes) versehen, wobei eine derartige Verstelleinrich tung einen Hydraulikkolben, einen Vierkantenschieber und eine Kurvenscheibe aufweisen kann. Der Vierkantenschieber hat dabei die Funktion eines Reglers, während über die Kur venscheibe die aktuelle Y-Position und der Winkel, d. h. die Übersetzung des Trägers für das Reibrad an die Regelung zurückgeführt wird. Es werden also die Y-Position und die Sollübersetzung geregelt und zwar mit Hilfe eines überla gerten Regelkreises.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Reib radgetriebe dahingehend auszugestalten, dass der Träger für das Reibrad während eines Verstellvorganges selbständig in seine stabile Lage mechanisch zurückgeführt wird.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe bei einem gattungsgemässen stufenlosen Reibradgetriebe durch das Merkmal des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs; eine vorteilhafte bauliche Ausgestaltung ist im Unteranspruch beschrieben.

Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, dass durch die mechanische Rückführung des Trägers für das Reibrad in Y-Richtung der Träger und damit das Reibrad selbsttätig in die stabile Lage, d. h. die Y=0-Position überführt wird. Dies führt zu erheblichen Vorteilen bezüglich der Stabili tät. Durch die Rückführung des Trägers mit Hilfe einer Spindel, insbesondere einer Kugelspindel, ist dabei jeder Y-Position des Kolbens eine Übersetzung des Trägers zuge ordnet, so dass der bisher notwendige Übersetzungsregel kreis entfällt. Die Übersetzung des Trägers muss nicht mehr an die Regelung zurückgeführt werden und die bisher erfor derlichen Kurvenscheibe kann durch eine einfache Platte ersetzt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbei spiel dargestellt ist.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein stufenloses Reibradgetriebe,

Fig. 2 einen Radialschnitt durch einen der Träger einer Getriebeinheit mit herkömmlicher Ver stelleinrichtung und

Fig. 3 einen Radialschnitt durch eine Getriebeein heit und einen der Träger mit erfindungsge mässer mechanischer Rückführung.

In Fig. 1 ist ein Schnitt durch ein stufenloses Ge triebe dargestellt, wobei im folgenden nur die für das Ver ständnis der Erfindung wesentlichen Bauteile beschrieben werden.

Das Reibradgetriebe 1 (bzw. Toroidgetriebe) weist eine Eingangswelle 3 auf, die mit einem nicht dargestellten An fahrelement, z. B. mit einem Drehmomentwandler oder einer nass laufenden Anfahrkupplung einer Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeuges verbunden ist. Das Getriebe enthält zwei Getriebeeinheiten, die koaxial zur Eingangswelle 3 angeord net sind. Die eine Getriebeeinheit weist eine Eingangs scheibe 5 und eine Ausgangsscheibe 6 auf, deren einander zugewandte Oberflächen toroidförmig ausgestaltet sind; die andere Getriebeeinheit weist eine Eingangsscheibe 12 und eine Ausgangsscheibe 11 auf, deren einander zugewandte Oberflächen ebenfalls toroidförmig ausgestaltet sind. In den beiden Getriebeeinheiten sind jeweils vorzugsweise zwei Reibräder vorgesehen, die an schwenkbaren Trägern befestigt sind; die Reibräder stehen in reibschlüssigem Kontakt mit den beiden ihnen zugewandten Oberflächen der Eingangsschei ben 5, 12 und der Ausgangsscheiben 6, 11, wobei die Reibrä der jeder Getriebeeinheit symmetrisch zur Achse der Ein gangswelle 3 angeordnet sind.

Werden nun die Reibräder durch die nicht im einzelnen dargestellte Verschwenkeinrichtung bezüglich der Längsachse der Eingangswelle 3 geneigt, so verschieben sich die Berüh rungspunkte des Umfangs der Reibräder, wodurch das Überset zungsverhältnis zwischen einer Eingangs- und einer Aus gangsgeschwindigkeit kontinuierlich, d. h. stufenlos einge stellt werden kann.

Die Scheiben 5, 6, 11, 12 sind auf einer Drehmoment welle 20 gelagert, die geringfügig in Axialrichtung relativ zur Eingangswelle verschiebbar ist. Die Eingangsscheibe 5 der einen Getriebeeinheit ist drehfest mit der Drehmoment welle 20 verbunden, jedoch axial gleitend auf ihr über eine kugelförmige Verriegelungsanordnung 19 (Ball-Spline) gela gert. Auch die Eingangsscheibe 12 der anderen Getriebeein heit ist drehfest durch eine Mitnahmeverzahnung mit der Drehmomentwelle 20 verbunden. Die beiden Ausgangsschei ben 6, 11 der beiden Getriebeeinheiten sind spiegelsymme trisch zueinander und nebeneinander im Getriebe angeordnet und auf einer gemeinsamen Buchse angeordnet, wobei die Aus gangsscheibe 11 fest mit einem Zahnrad 8 verbunden ist, das drehbar die Drehmomentwelle 20 umgibt. Ein Drehmoment, das von der einen Eingangsscheibe 5 der Ausgangsscheibe 6 und ein Drehmoment, das von der anderen Eingangsscheibe 12 der Ausgangsscheibe 11 übertragen wird, wird von den beiden drehfest mit der Buchse verbundenen Ausgangsscheiben dem Zahnrad 8 übertragen, welches mit einem nicht dargestellten Zahnrad einer Ausgangswelle kämmt.

Mit 4 ist eine rollenförmige Anpresseinrichtung be zeichnet, die zwischen der Eingangsscheibe 12 mit einer Kurvenbahn und einer Scheibe 10 mit einer Kurvenbahn vorge sehen ist und die in Axialrichtung verschiebbar auf der Eingangswelle 3 gelagert ist sowie drehfest mit ihr verbun den ist, wobei sie mit Hilfe der Anpresseinrichtung 4 die Eingangsscheibe 12 in Axialrichtung zur Ausgangsscheibe 11 hin beaufschlagt. Die Scheibe 10 ist über eine Verriege lungseinrichtung 17 auf der Eingangswelle gelagert.

Mit 9 ist ein Axialflansch bezeichnet, an dem sich die Eingangsscheibe 5 über ein Universallager 18 abstützt. Die Eingangsscheibe 5 ist ferner über eine Verriegelungsanord nung (Ball Spline) 19, die eine drehfeste Verbindung mit der Drehmomentwelle 20 gewährleistet, axial verschiebbar auf letzterer gelagert.

Das Universallager 18, welches das herkömmliche Axiallager und das herkömmliche Radiallager der Eingangs scheibe 5 ersetzt, nimmt alle Radial- und Axialkräfte, die auf die Eingangsscheibe 5 einwirken, auf. Es ist vorzugs weise als Kugellager ausgestaltet, das einerseits in eine in der Eingangsscheibe eingearbeitete halbkreisförmige Aus sparung 21 eingreift und andererseits in eine komplementär ausgebildete Aussparung 22 im Axialflansch 9. Diese beiden Aussparungen sind vorteilhafterweise höhenversetzt zueinan der angeordnet.

Mit 7 ist ein topfförmiges Lagerstützglied bezeichnet, in dem das Zahnrad 8 gelagert ist und das die beiden Ge triebeeinheiten voneinander trennt. Mit 13, 14, sind die oberen Querjoche bezeichnet und mit 15 und 16 Zapfen für die Träger der Reibräder, die über eine geeignete Befesti gungsvorrichtung im Halterahmen 2 befestigt sind.

Aus dem in Fig. 2 dargestellten Radialschnitt durch einen herkömmlichen Träger einer der Getriebeeinheiten er kennt man, dass der Träger 26 eine Aussparung 28 aufweist, in der das Reibrad 27 exzentrisch gelagert ist. Der Exzen terabschnitt 29 durchsetzt dabei den Träger 26 und der Ex zenterabschnitt 30 das Reibrad 27.

Das obere Ende des Trägers 26 ist im oberen Quer joch 13 gelagert und das untere Ende des Trägers 26 durch setzt das untere Querjoch 31 und ist mit einem Stutzen 40 verbunden, der Teil eines hydraulisch beaufschlagbaren Kol ben 32 ist, der in einem Kolbengehäuse 33 angeordnet ist. Unterhalb des Stutzens 40 ist ein Vierkantenschieber 36 vorgesehen, der in Richtung des Doppelpfeiles verschiebbar gelagert ist und mit einem Kniegelenk 34 (valve link) zu sammenwirkt, welches um eine Drehachse 35 schwenkbar ange lenkt ist. Ein Ende des Kniegelenks 34 wirkt mit einer Kur venscheibe 37 zusammen.

Bei dieser in Fig. 2 gezeigten herkömmlichen Verstell einrichtung für den Träger in Y-Richtung (d. h. senkrecht zur Eingangswelle und damit Getriebelängsachse) wirkt also der Träger mit seinem Reibrad mit dem Kolben, dem Vierkan tenschieber und der Kurvenscheibe zusammen, wobei der Vier kantenschieber über das Kniegelenk mit der Kurvenscheibe verbunden ist. Der Vierkantenschieber weist die Funktion des Reglers auf, wobei über die Kurvenscheibe die aktuelle Y-Position und der Winkel, d. h. die Übersetzung des Trä gers an die Regelung zurückgeführt wird, so dass die Y-Position und die Sollübersetzung geregelt werden können. Dadurch wird ein überlagerter Regelkreis gebildet.

Fig. 3 zeigt einen Radialschnitt durch ein erfindungs gemässes Ausführungsbeispiel einer mechanischen Rückfüh reinrichtung in Y-Richtung, wobei hier der Träger für das Reibrad 27 ebenfalls mit 26 bezeichnet ist. Die Unterseite des Trägers 26 ist hier nicht starr mit dem Kolben 32 ver bunden, sondern über eine Spindel 39, insbesondere eine Kugelspindel (die auch als Gewinde ausgeführt sein kann) und die die Aufgabe hat, den Träger 26 bei einem Verstell vorgang in Y-Richtung zwangsweise in die stabile Y=0-Posi tion zurückzuführen. Dies bietet erhebliche Vorteile bezüglich der Stabilität.

Durch die Spindel- bzw. Gewindesteigung der Spindel 39 kann die Stabilität der Verstelleinheit massgeblich beein flusst werden. Wird eine nicht selbsthemmende Spindel- bzw. Gewindeausführung verwendet, so ist der Kolben gegen eine Verdrehung zu sichern.

Auch hierbei wird die Position, d. h. die Lage des Kolbens, wie bei der bekannten Ausgestaltung durch die Vierkantenschieber 36 geregelt. Durch die Rückführung des Trägers 26 mit Hilfe der Spindel 39 ist nun jeder Y-Posi tion des Kolbens eine Übersetzung des Trägers zugeord net, so dass der bisher erforderliche Übersetzungsregel kreis entfällt. Die Übersetzung des Trägers 26 muss nun nicht mehr an die Regelung zurückgeführt werden, wobei die bisher erforderliche Kurvenscheibe durch eine einfache Platte 38 ersetzt werden kann.

Bezugszeichenliste

1

Getriebe

2

Halterahmen

3

Eingangswelle

4

Anpresseinrichtung

5

Eingangsscheibe

6

Ausgangsscheibe

7

Lagerstützglied

8

Zahnrad

9

Axialflansch

10

Scheibe mit Kurvenbahn

11

Ausgangsscheibe

12

Eingangsscheibe

13

oberes Querjoch

14

oberes Querjoch

15

Zapfen

16

Zapfen

17

Verriegelungsanordnung

18

Universallager

19

Verriegelungsanordnung

20

Drehmomentwelle

21

Aussparung

22

Aussparung

25

oberes Lager

26

Träger

27

Reibräder

28

Aussparung

29

Exzenterabschnitt

30

Exzenterabschnitt

31

unteres Joch

32

hydraulischer Kolben

33

Kolbengehäuse

34

Kniegelenk

35

Drehachse

36

Vierkantschieber

37

Kurvenscheibe

38

Platte

39

Spindel

40

Stutzen

Claims

1. Stufenloses Reibradgetriebe, mit:

- einer Eingangswelle (3),
- einer koaxial dazu angeordneten Drehmomentwelle (20),
- zwei koaxial zur Eingangswelle angeordneten Eingangs scheiben (5, 12) mit toroidförmigen Innenflächen,
- zwei koaxial zur Eingangswelle angeordneten Ausgangs scheiben (6, 11) mit toroidförmigen Innenflächen, wo bei je eine Eingangsscheibe und eine Ausgangsscheibe ein Paar bilden und die beiden Ausgangsscheiben spie gelsymmetrisch zueinander und nebeneinander angeordnet sind,
- mehreren Reibrädern, die zwischen den Innenflächen der Paare der Eingangsscheiben und Ausgangsscheiben ver schwenkbar angeordnet sind zur Übertragung eines Drehmomentes von der Eingangsscheibe auf die zugehöri ge Ausgangsscheibe,
- eine Anpresseinrichtung (4) für eine der Eingangs scheiben, um diese in Richtung Ausgangsscheiben zu be aufschlagen,
- einem Zahnrad zwischen den beiden Ausgangsscheiben,
- einem Axialflansch (9), der mit der Eingangswelle (3) fest verbunden ist, und auf dem sich diejenige Ein gangsscheibe (5) abstützt, die nicht von der Anpress einrichtung (4) beaufschlagt wird,

dadurch gekennzeichnet, dass jeder Trä ger (26) für die Reibräder (27) über eine mechanische, ver stellbare Rückführeinrichtung in Form einer Spindel (39) mit dem Verstellkolben (32) des Trägers (26) verbunden ist.

2. Reibradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Rückführeinrich tung (39) aus einer Kugelspindel besteht.