DE19843098A1

DE19843098A1 - Stufenloses Getriebe

Info

Publication number: DE19843098A1
Application number: DE1998143098
Authority: DE
Inventors: Klaus Scholpp
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-09-21
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2000-03-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein stufenloses Getriebe mit einem ersten über eine Antriebswelle (9) mit einem Antrieb (8) verbundenen Kegel-Reibrad (1) und mit einem zweiten über eine Antriebswelle (10) mit einem Antrieb verbundenen Kegel-Reibrad (2), wobei die beiden Kegel-Reibräder (1, 2) derart in einem Abstand zueinander angeordnet sind, daß die Grundfläche des ersten Kegel-Reibrads (1) neben der Spitze des zweiten Kegel-Reibrads (2) und umgekehrt die Grundfläche des zweiten Kegel-Reibrads (2) neben der Spitze des ersten Kegel-Reibrads (1) liegt und das Drehmoment von dem ersten Kegel-Reibrad (1) auf das zweite Kegel-Reibrad (2) durch Übertragungsmittel mittels Reibschluß übertragbar ist, wobei die Übertragungsmittel auf den Mantelflächen der beiden Kegel-Reibräder (1, 2) quer zu den Mantelflächen verschiebbar sind. Um ein solches Getriebe mit einem möglichst einfachen Aufbau zu schaffen, das auch große Drehmomente zuverlässig übertragen kann, schlägt die Erfindung vor, dass die Übertragungsmittel ein Stirn-Reibrad (3) aufweisen, dessen Durchmesser größer ist als der Abstand der Mantelflächen der beiden Kegel-Reibräder (1, 2) zueinander, wobei zwischen dem Stirn-Reibrad (3) und den beiden Kegel-Reibrädern (1, 2) eine Anpresskraft wirkt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein stufenloses Getriebe mit einem ersten über eine Antriebswelle mit einem Antrieb verbundenen Kegel-Reibrad und mit einem zweiten über eine Abtriebswelle mit einem Abtrieb verbundenen Kegel-Reibrad, wobei die beiden Kegel-Reibräder derart in einem Abstand zueinander angeordnet sind, daß die Grundfläche des ersten Kegel-Reibrads neben der Spitze des zweiten Kegel-Reibrads und umgekehrt die Grundfläche des zweiten Kegel-Reibrads neben der Spitze des ersten Kegel-Reibrads liegt und das Drehmoment von dem ersten Kegel-Reibrad auf das zweite Kegel-Reibrad durch Übertragungsmittel mittels Reibschluß übertragbar ist, wobei die Übertragungsmittel auf den Mantelflächen der beiden Kegel-Reibräder quer zu den Mantelflächen verschiebbar sind.

Stufenlose Getriebe können jeden Motorbetriebspunkt in eine Betriebslinie und jede Motorbetriebslinie in ein Betriebsfeld des Fahrkennfeldes wandeln. Damit lassen sich sowohl Vorteile in der Fahrleistung als auch im Kraftstoffverbrauch und bei der Abgasemission gegenüber Stufengetrieben erzielen (z. B. bei Motorbetrieb auf seiner Betriebslinie des günstigsten spezifischen Kraftstoffverbrauchs).

Stufenlose Getriebe können entweder mechanisch (Umschlingungsgetriebe, Wälzgetriebe), hydraulisch oder elektrisch ausgeführt sein. Am weitesten verbreitet sind mechanisch stufenlose Umschlingungsgetriebe mit Stahlband, wie sie in einigen Pkw der unteren Leistungsklasse in Serie sind. Ein derartiges stufenloses Getriebe wird bspw. in Robert Bosch GmbH (Hrsg.) Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 1995, S. 568 f. offenbart. Die wesentlichen Baugruppen der mechanisch stufenlosen Umschlingungsgetriebe für Pkw sind:

- Anfahrelement (entweder nasse Lamellenkupplung, Magnetpulverkupplung oder hydrodynamischer Wandler),
- Primär- und Sekundärscheiben mit axial verschiebbaren Kegelscheibenhälften und Kraftübertragung mittels Stahlband,
- elektronisch-hydraulische Getriebesteuerung,
- Wendestufe und
- Achsantrieb mit Differential.

Die anderen genannten Prinzipien der stufenlosen Getriebe konnten sich bisher nicht durchsetzen, da sie im Vergleich zu Stufengetrieben in den wesentlichen Kriterien (Bauraum, Gewicht, Übersetzungsbereich, Übertragungswirkungsgrad, Bauaufwand und Anordnungsmöglichkeiten) teilweise noch erhebliche Nachteile aufweisen.

Auch das aus dem Stand der Technik bekannte stufenlose Umschlingungsgetriebe weist verschiedene Nachteile auf. So ist es äußerst kompliziert aufgebaut und kann nur relativ geringe Drehmomente übertragen. Aufgrund der als Stahlband ausgebildeten Übertragungsmittel ist es zudem recht anfällig und muß häufig gewartet werden. Schließlich sind die bekannten stufenlosen Getriebe relativ großbauend und schwer.

Deshalb ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein stufenloses Getriebe der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, daß es einfach aufgebaut ist und auch große Drehmomente zuverlässig übertragen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von dem stufenlosen Getriebe der eingangs genannten Art vor, dass die Übertragungsmittel ein Stirn-Reibrad aufweisen, dessen Durchmesser größer ist als der Abstand der Mantelflächen der beiden Kegel-Reibräder zueinander, wobei zwischen dem Stirn-Reibrad und den beiden Kegel-Reibrädern eine Anpresskraft wirkt.

Das erfindungsgemäße Getriebe hat den Vorteil, daß es aufgrund der als Stirn-Reibrad ausgebildeten Übertragungsmittel besonders robust und wartungsarm ist. Derartig ausgebildete Getriebe sind äußerst zuverlässig.

Darüber hinaus können mittels der erfindungsgemäßen Getriebes auch große Drehmomente sicher übertragen werden. Dadurch kann das Getriebe auch zum Antrieb von Pkw oder anderen Kraftfahrzeugen mit einem starken Antriebsmotor eingesetzt werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das stufenlose Getriebe, durch den sehr einfachen Aufbau, mit vergleichsweise wenig Teilen, kostengünstig gefertigt werden kann. Des weiteren ist auch mit einer Gewichtseinsparung zu rechnen. Wartungsarbeiten sind aufgrund des einfachen Aufbaus unkompliziert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Drehachsen der beiden Kegel-Reibräder in einer gemeinsamen Ebene liegen. Vorteilhafterweise verlaufen die Drehachsen der beiden Kegel-Reibräder im wesentlichen parallel zueinander.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Mantelflächen der beiden Kegel-Reibräder die gleichen Abmessungen auf.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Übertragungsmittel ein weiteres Stirn-Reibrad aufweisen, dessen Durchmesser größer ist als der Abstand der Mäntel der beiden Kegel-Reibräder zueinander, wobei zwischen dem weiteren Stirn-Reibrad und den beiden Kegel-Reibrädern eine Anpresskraft wirkt. Die Anpresskraft kann bspw. elektrisch, hydraulisch oder mechanisch (mittels eines Federelements) erzeugt werden.

Vorzugsweise schlägt die Erfindung des weiteren vor, daß das weitere Stirn-Reibrad derart relativ zu dem ersten Stirn-Reibrad und den beiden Kegel-Reibrädern angeordnet ist, daß eine Zugkraft, die zwischen den beiden Stirn-Reibrädern wirkt, in Anpreßkräfte, die zwischen den beiden Stirn-Reibrädern und den beiden Kegel-Reibrädern wirken, umgelenkt wird.

Um einen besonders ruhigen und gleichmäßigen Lauf des erfindungsgemäßen Getriebes erzielen zu können, schlägt die Erfindung vor, daß das zweite Stirn-Reibrad einen Durchmesser aufweist, der genauso groß ist wie der Durchmesser des ersten Stirn-Reibrads. Dadurch können auch die Verluste aufgrund von Schlupf zwischen den Mantelflächen der Stirn-Reibräder und den Kegel-Reibrädern minimiert werden.

Um bei konstanter Drehrichtung der Antriebswelle auf eine einfache und robuste Weise eine Drehrichtungsumkehr der Abtriebswelle bewirken zu können, schlägt die Erfindung gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung vor, daß zwischen dem zweitem Kegel-Reibrad und der Abtriebswelle ein Planetengetriebe angeordnet ist. Alternativ wird vorgeschlagen, daß zwischen dem ersten Kegel-Reibrad und der Antriebswelle ein Planetengetriebe angeordnet ist. Durch das Planetengetriebe stehen außerdem zusätzliche Übersetzungsvarianten zur Verfügung.

Die Abtriebswelle ist vorzugsweise mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes verbunden. Durch Feststellen eines der Planetenräder kann so auf einfache Weise eine Drehrichtungsumkehr der Abtriebswelle realisiert werden.

Vorteilhafterweise ist als Planetengetriebe im Inneren der Mantelfläche des zweiten Kegel-Reibrades eine Innenverzahnung ausgebildet, in die drei mit einer Außenverzahnung versehene Planetenräder greifen, die wiederum in die Außenverzahnung des Sonnenrades greifen. Das Sonnenrad ist im Zentrum des Planetengetriebes angeordnet. Dies ist ein besonders einfach aufgebautes Planeten-Zahnradgetriebe, das in vorteilhafter Weise die Idee eines möglichst einfach aufgebauten, robusten und zuverlässigen stufenlosen Getriebes fortführt.

Zur Verstellung der Übersetzung des erfindungsgemäßen Getriebes wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß die Stirn-Reibräder auf den Mantelflächen der beiden Kegel-Reibräder elektrisch verschiebbar sind. Dazu kann bspw. ein Elektromotor verwendet werden, der seine Energie von einem Generator bezieht, der von den Kegel-Reib rädern angetrieben wird.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Stirn-Reibräder auf den Mantelflächen der beiden Kegel-Reibräder entgegen der Kraft einer Rückstellfeder hydraulisch verschiebbar sind. Vorteilhafterweise treiben die Kegel-Reibräder eine Hydraulikpumpe an, die den hydraulischen Druck zum Verschieben der Stirn-Reibräder erzeugt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform schlägt die Erfindung vor, daß die Kegel-Reibräder einen Fliehkraftregler antreiben, der das Verschieben der Stirn-Reibräder steuert. Der Fliehkraftregler kann entweder einen Elektromotor, eine Hydraulikpumpe oder andere Verstellmechanismen ansteuern.

Um das erfindungsgemäße stufenlose Getriebe auskuppeln zu können, wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung vorgeschlagen, daß die Stirn-Reibräder von den Mantelflächen der beiden Kegel-Reibräder abhebbar sind. Das Abheben der Stirn-Reibräder kann bspw. mechanisch mittels eines Kupplungspedals über ein entsprechendes Kupplungsgestänge geschehen. Auch ein Abheben der Stirn-Reibräder mittels eines Elektromotors, einer Hydraulikpumpe oder eines anderen Antriebsmittels ist denkbar. Der Mechanismus zum Auskuppeln des stufenlosen Getriebes kann der gleiche Mechanismus sein, der auch die Stirn-Reibräder mit einer Anpresskraft auf die Mantelflächen der beiden Kegel-Reibräder drückt.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Mantelflächen der Kegel-Reibräder und/oder die Mantelflächen der Stirn-Reibräder mit einem Material beschichtet, das einen hohen Reibungskoeffizienten aufweist. Dadurch können auch besonders große Drehmomente von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle mittels des erfindungsgemäßen Getriebes sicher und zuverlässig übertragen werden. Als geeignete Beschichtungsmaterialien kommen bspw. Gummi oder Silikon in Betracht.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes stufenloses Getriebe in einer ersten Ausführungsform in Draufsicht;

Fig. 2 das Getriebe aus Fig. 1 in Frontansicht; und

Fig. 3 das Getriebe aus den Fig. 1 und 2 in perspektivischer Ansicht.

In den Fig. 1 bis 3 ist das erfindungsgemäße stufenlose Getriebe schematisch dargestellt. Die Teile des Getriebes, die für die Erfindung unerheblich sind, sind in den Fig. 1 bis 3 nicht dargestellt und werden nicht näher beschrieben.

Ein erstes Kegel-Reibrad 1 wird von einem Antriebsmotor 8 über eine Antriebswelle 9 angetrieben. Das Kegel-Reibrad 1 treibt seinerseits die beiden Stirn-Reibräder 3, 4 an. Die Stirn-Reib räder 3, 4 übertragen das Drehmoment des ersten Kegel-Reib rades 1 auf ein dem ersten Kegel-Reibrad 1 entgegengesetzt angeordnete zweite Kegel-Reibrad 2. Das Kegel-Reibrad 2 treibt seinerseits über eine Abtriebswelle 10 bspw. die Räder eines Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt) an.

Das Drehmoment wird von der Antriebswelle 9 auf die Abtriebswelle 10 mittels Reibschluß zwischen den Kegel-Reib rädern 1, 2 einerseits und den Stirn-Reibrädern 3, 4 andererseits übertragen. Um auch große Drehmomente problemlos übertragen zu können, sind die Mantelflächen der Reibräder 1, 2, 3 und 4 mit einem Material mit einem besonders hohen Reibungskoeffizienten überzogen. Außerdem kann aufgrund der vorteilhaften Anordnung der Stirn-Reibräder 3, 4 bezüglich der Kegel-Reibräder 1, 2 eine Zugkraft, die zwischen den beiden Stirn-Reibrädern 3, 4 wirkt, in Anpreßkräfte, die zwischen den beiden Stirn-Reibrädern 3, 4 und den beiden Kegel-Reibrädern 1, 2 wirken, umgelenkt werden.

Die Stirn-Reibräder 3, 4 können auf Führungswellen 5, 6 stufenlos verschoben werden. Je nach der Stellung der Stirn-Reibräder 3, 4 auf den Mantelflächen der Kegel-Reibräder 1, 2 variiert die Drehzahl der Abtriebswelle 10.

Das erfindungsgemäße Getriebe kann durch Anheben bzw. Absenken der Stirn-Reibräder 3, 4 mit den Führungswellen 5, 6 von den bzw. auf die Mantelflächen der Kegel-Reibräder 1, 2 ausgekuppelt bzw. eingekuppelt werden.

Die Drehrichtung der Abgangswelle 10 läßt sich bei gleichbleibender Drehrichtung der Antriebswelle 9 durch den Einsatz eines Planetengetriebes 7 umkehren.

Claims

1. Stufenloses Getriebe mit einem ersten über eine Antriebswelle (9) mit einem Antrieb (8) verbundenen Kegel-Reibrad (1) und mit einem zweiten über eine Abtriebswelle (10) mit einem Abtrieb verbundenen Kegel-Reib rad (2), wobei die beiden Kegel-Reibräder (1, 2) derart in einem Abstand zueinander angeordnet sind, daß die Grundfläche des ersten Kegel-Reibrads (1) neben der Spitze des zweiten Kegel-Reibrads (2) und umgekehrt die Grundfläche des zweiten Kegel-Reibrads (2) neben der Spitze des ersten Kegel-Reibrads (1) liegt und das Drehmoment von dem ersten Kegel-Reibrad (1) auf das zweite Kegel-Reibrad (2) durch Übertragungsmittel mittels Reibschluß übertragbar ist, wobei die Übertragungsmittel auf den Mantelflächen der beiden Kegel-Reibräder (1, 2) quer zu den Mantelflächen verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsmittel ein Stirn-Reib rad (3) aufweisen, dessen Durchmesser größer ist als der Abstand der Mantelflächen der beiden Kegel-Reibräder (1, 2) zueinander, wobei zwischen dem Stirn-Reibrad (3) und den beiden Kegel-Reibrädern (1, 2) eine Anpresskraft wirkt.

2. Stufenloses Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen der beiden Kegel-Reib räder (1, 2) in einer gemeinsamen Ebene liegen.

3. Stufenloses Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen der beiden Kegel-Reib räder (1, 2) im wesentlichen parallel zueinander verlaufen.

4. Stufenloses Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelflächen der beiden Kegel-Reibräder (1, 2) die gleichen Abmessungen aufweisen.

5. Stufenloses Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsmittel ein weiteres Stirn-Reibrad (4) aufweisen, dessen Durchmesser größer ist als der Abstand der Mäntel der beiden Kegel-Reib räder (1, 2) zueinander, wobei zwischen dem weiteren Stirn-Reibrad (4) und den beiden Kegel-Reibrädern (1, 2) eine Anpresskraft wirkt.

6. Stufenloses Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Stirn-Reibrad (4) derart relativ zu dem ersten Stirn-Reibrad (3) und den beiden Kegel-Reibrädern (1, 2) angeordnet ist, daß eine Zugkraft, die zwischen den beiden Stirn-Reibrädern (3, 4) wirkt, in Anpreßkräfte, die zwischen den beiden Stirn-Reibrädern (3, 4) und den beiden Kegel-Reibrädern (1, 2) wirken, umgelenkt wird.

7. Stufenloses Getriebe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Stirn-Reibrad (4) einen Durchmesser aufweist, der genauso groß ist wie der Durchmesser des ersten Stirn-Reibrads (3).

8. Stufenloses Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweitem Kegel-Reib rad (2) und der Abtriebswelle (10) ein Planetengetriebe (7) angeordnet ist.

9. Stufenloses Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Antriebswelle (9) und dem ersten Kegel-Reibrad (1) ein Planetengetriebe (7) angeordnet ist.

10. Stufenloses Getriebe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (10) bzw. die Antriebswelle (9) mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes (7) verbunden ist.

11. Stufenloses Getriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Planetengetriebe (7) im Inneren der Mantelfläche des Kegel-Reibrades (1; 2) eine Innenverzahnung ausgebildet ist, in die drei mit einer Außenverzahnung versehene Planetenräder greifen, die wiederum in die Außenverzahnung des Sonnenrades greifen.

12. Stufenloses Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirn-Reibräder (3, 4) auf den Mantelflächen der beiden Kegel-Reibräder (1, 2) elektrisch verschiebbar sind.

13. Stufenloses Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirn-Reibräder (3, 4) auf den Mantelflächen der beiden Kegel-Reibräder (1, 2) entgegen der Kraft einer Rückstellfeder hydraulisch verschiebbar sind.

14. Stufenloses Getriebe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegel-Reibräder (1, 2) eine Hydraulikpumpe antreiben, die den hydraulischen Druck zum Verschieben der Stirn-Reibräder (3, 4) erzeugt.

15. Stufenloses Getriebe nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegel-Reibräder (1, 2) einen Fliehkraftregler antreiben, der das Verschieben der Stirn-Reibräder (3, 4) steuert.

16. Stufenloses Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirn-Reibräder (3, 4) von den Mantelflächen der beiden Kegel-Reibräder (1, 2) abhebbar sind.

17. Stufenloses Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelflächen der Kegel-Reibräder (1, 2) und/oder die Mantelflächen der Stirn-Reibräder (3, 4) mit einem Material beschichtet sind, das einen hohen Reibungskoeffizienten aufweist.