DE19935991A1 - Stufenlos verstellbare Getriebevorrichtung - Google Patents

Stufenlos verstellbare Getriebevorrichtung

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Abstract

Diese Erfindung verwirklicht einen kompakten und leichtgewichtigen Aufbau mit überragender Lebensdauer und einem überragenden Wirkungsgrad der Übertragung. Ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe ist um eine zu einer Antriebswelle konzentrischen Eingangswelle angeordnet und eine Planetengetriebevorrichtung ist um eine Ausgangswelle angeordnet. Diese Ausgangswelle ist schräg oberhalb der Eingangswelle angeordnet. Aufgrund dieser Anordnung werden eine effiziente Ausnutzung des Raums erreicht und eine kompakte Bauweise sowie ein leichteres Gewicht verwirklicht.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Verbesserungen bei einer stufenlos verstellbaren Getriebevor­ richtung, in der beispielsweise ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe als ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug verwendet wird und die einen kompakten Aufbau verwirklicht, bei dem die Lebensdauer der Bauteile des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes sicherge­ stellt werden kann.
Verwandte Technik
Es wurde beispielsweise die Verwendung eines stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes, wie es schematisch in den Fig. 6 und 7 der beigefügten Zeichnungen als ein Fahrzeug­ getriebe gezeigt ist, studiert. Dieses stufenlos verstellbare Toroidgetriebe, wie es bei­ spielsweise in der offengelegten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 62-71465 offenbart wurde, weist eine Eingangsscheibe 2, die konzentrisch zu einer Eingangswelle 1 gelagert ist, und eine Ausgangsscheibe 4 auf, die an einem Endabschnitt einer Aus­ gangswelle 3 befestigt ist, die konzentrisch zur Eingangswelle 1 angeordnet ist. Inner­ halb eines Gehäuses, das das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe enthält, sind Aufla­ ger oder Zapfen 6, 6 vorgesehen, die um Drehachsen 5, 5 schwenkbar bewegt sind, wobei die Schwenkachsen 5, 5 an gegenüber der Eingangswelle 1 und der Ausgangs­ welle 3 verdrehten Positionen liegen.
Die Schwenkachsen 5, 5 sind also konzentrisch zueinander an den Außenseiten der ge­ genüberliegenden Endabschnitte dieser Auflager 6, 6 vorgesehen. Außerdem sind die Basisendabschnitte der verschiebbaren Wellen 7, 7 an den Mittenabschnitten der Aufla­ ger 6, 6 gelagert und die Auflager 6, 6 werden schwenkbar um die Schwenkachsen 5, 5 bewegt, wodurch die Neigungswinkel der verschiebbaren Wellen 7, 7 einstellbar sind. Um die verschiebbaren Achsen 7, 7 sind Antriebsrollkörper 8, 8 drehbar auf den Aufla­ gern 6, 6 gelagert. Diese Antriebsrollkörper 8, 8 sind sandwichartig zwischen den Ein­ gangs- und Ausgangsscheiben 2 und 4 angeordnet. Die Innenseiten 2a und 4a dieser Eingangs- und Ausgangsscheiben 2 und 4, die einander gegenüberliegen, bilden mit ih­ ren Querschnitten konkave Flächen, die durch Bögen erhalten werden, deren Mittel­ punkt bei den Schwenkachsen 5 und 5 liegt und die um die Drehachsen der Scheiben gedreht sind. Die Umflächen 8a, 8a der Antriebsrollkörper 8, 8, die als kugelförmige, konvexe Flächen ausgebildet sind, werden jeweils gegen die obenerwähnten Innensei­ ten 2a und 4a gedrückt.
Eine Andrückvorrichtung 9 von der Art einer Lastnocke ist zwischen der Eingangswelle 1 und der Eingangsscheibe 2 vorgesehen und die Eingangsscheibe 2 kann mittels dieser Andrückvorrichtung elastisch in Richtung der Ausgangsscheibe 4 gedrückt werden. Die­ se Andrückvorrichtung 9 besteht aus einer Nockenscheibe 10, die sich mit der Ein­ gangswelle 1 dreht, und einer Vielzahl (beispielsweise vier) Rollkörpern 12, die durch ei­ nen Halter 11 gehalten sind. Eine Nockenfläche 13, welche als eine unebene Fläche ausgebildet ist, die sich in Umfangsrichtung erstreckt, ist an einer Seite (in den Fig. 6 und 7 der linken Seite) der Nockenscheibe 10 ausgebildet und eine ähnliche Nockenflä­ che 14 ist auch an der Außenseite (der rechten Seite in den Fig. 6 und 7) der Eingangs­ scheibe 2 ausgebildet. Die Vielzahl von Rollkörpern 12, 12 ist zur Drehung um Radial­ wellen relativ zur Mitte der Eingangswelle 1 gelagert.
Wenn beim Betrieb des wie oben beschrieben aufgebauten stufenlos verstellbaren To­ roidgetriebes die Nockenscheibe 10 sich mit der Drehung der Eingangswelle 1 dreht, wird die Vielzahl von Rollkörpern 12 durch die Nockenfläche 13 gegen die Nockenfläche 14 gedrückt, die an der Außenseite der Eingangsscheibe 2 ausgebildet ist. Als Ergebnis wird die Eingangsscheibe 2 gegen die Vielzahl von Antriebsrollkörpern 8, 8 gedrückt und gleichzeitig dreht sich die Eingangsscheibe 2 dadurch, daß das Paar von Nockenflächen 13, 14 und die Vielzahl von Rollkörpern 12, 12 gegeneinander gedrückt werden. Die Drehung dieser Eingangsscheibe 2 wird über die Ausgangsscheibe 4 über die Vielzahl von Antriebsrollkörpern 8, 8 übertragen, wodurch sich die an dieser Ausgangsscheibe 4 befestigte Ausgangswelle 3 dreht.
Wenn das Verhältnis der Drehzahlen (Übersetzungsverhältnis des Getriebes) zwischen dem Eingangsrad 1 und dem Ausgangsrad 3 geändert werden soll und zwischen der Eingangswelle 1 und der Ausgangswelle 3 eine Drehzahlverringerung stattfinden soll, werden die Auflager 6, 6 um die Schwenkachsen 5, 5 schwenkend bewegt und die ver­ fahrbaren Wellen 7, 7 werden so geneigt, daß die Umflächen 8a, 8a der Antriebsrollkör­ per 8, 8 gegen denjenigen Abschnitt der Innenseite 2a der Eingangsscheibe 2 drücken, der sich in Richtung der Mitte derselben befindet, und gegen denjenigen Abschnitt der Innenseite 4a der Ausgangsscheibe 4, der sich in Richtung der äußeren Umfläche der­ selben befindet, wie in der Fig. 6 gezeigt ist. Wenn umgekehrt eine Drehzahlerhöhung bewirkt werden soll, werden die Auflager 6, 6 schwenkend bewegt und die verfahrbaren Wellen 7, 7 werden derart geneigt, daß die Umflächen 8a, 8a der Antriebsrollkörper 8, 8 gegen denjenigen Abschnitt der Innenseite 2a der Eingangsscheibe 2 drücken, der sich in Richtung der äußeren Umfläche derselben befindet, und gegen denjenigen Abschnitt der Innenseite 4a der Ausgangsscheibe 4, der sich in Richtung des Mittelpunkts dersel­ ben befindet, wie in der Fig. 7 gezeigt ist. Wenn außerdem der Neigungswinkel der ver­ schiebbaren Wellen 7, 7 eine mittlere Lage zwischen denen der Fig. 6 und 7 einnimmt, wird ein mittleres Übersetzungsverhältnis des Getriebes zwischen der Eingangswelle 1 und der Ausgangswelle 3 erreicht.
Die Fig. 8 und 9 der beigefügten Zeichnungen zeigen ein spezielleres Beispiel des stu­ fenlos verstellbaren Getriebes, wie es im Mikrofilm der japanischen Gebrauchsmuster­ anmeldung Nr. 63-69293 (offengelegte japanische Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 1- 173552) beschrieben ist. Eine Eingangsscheibe 2 und eine Ausgangsscheibe 4 sind drehbar um eine rohrförmige Eingangswelle 15 jeweils über Nadellager 16 und 16 dreh­ bar gelagert. Außerdem befindet sich eine Nockenscheibe 10 über eine Keilverzahnung im Eingriff mit der äußeren Umfläche des Endabschnittes (der linke Endabschnitt in der Fig. 8) der Eingangswelle 15 und blockiert die Bewegung in Richtung weg von der Ein­ gangsscheibe 2 durch einen Flanschabschnitt 17. Diese Nockenscheibe 10 und die Rollkörper 12, 12 bilden zusammen eine Andrückvorrichtung 9 zur Drehung der Ein­ gangsscheibe 2 basierend auf der Drehung der Eingangswelle 15, während die Ein­ gangsscheibe gleichzeitig in Richtung der Ausgangsscheibe 4 gedrückt wird. Ein Aus­ gangsgetriebe 18 ist mit der Ausgangsscheibe 4 über Keile 19, 19 derart verbunden, daß die Ausgangsscheibe 4 und das Ausgangsgetriebe 18 synchron miteinander drehen können.
Die entgegengesetzten Endabschnitte des Auflagerpaares 6, 6 sind an einem Paar von Haltescheiben 20, 20 zur schwenkenden Bewegung und Verschiebung in deren axialer Richtung gehalten (die Richtung von vorne nach hinten in der Fig. 8 und die Richtung von links nach rechts in der Fig. 9). In kreisförmigen Öffnungen 21, 21, die in zwischen­ liegenden Abschnitten der Auflager 6, 6 ausgebildet sind, sind verschiebliche Wellen 7, 7 gelagert. Diese verschieblichen Wellen 7, 7 weisen Stützwellenabschnitte 22, 22 und Schwenklagerwellenabschnitte 23, 23 auf, die parallel zueinander und zueinander ex­ zentrisch sind. Die Stützwellenabschnitte 22, 22 sind drehbar innerhalb der kreisförmi­ gen Öffnungen 21, 21 über Radialnadellager 24, 24 gelagert. Außerdem sind Antriebs­ rollkörper 8, 8 drehbar um die Schwenklagerwellenabschnitte 23, 23 mittels diskreter Radialnadellager 25, 25 gelagert.
Das Paar von verschieblichen Wellen 7, 7 ist in Positionen angeordnet, die bezüglich der Eingangswelle 15 einander um 180° gegenüberliegen. Außerdem sind die Richtungen, in denen die Schwenklagerwellenabschnitte 23, 23 dieser verschieblichen Wellen 7, 7 bezüglich der Tragwellenabschnitte 22, 22 exzentrisch sind, dieselbe Richtung (die linke und rechte umgekehrte Richtung wie in der Fig. 9 gezeigt) bezüglich der Drehrichtung der Eingangs- und Ausgangsscheiben 2 und 4. Außerdem ist die Richtung der Exzentri­ zität eine Richtung, die im wesentlichen quer zur Richtung der Anordnung der Ein­ gangswelle 15 ist. Entsprechend sind die Antriebsrollkörper 8, 8 in Richtung der Anord­ nung der Eingangswelle 15 verschieblich gehalten. Als Ergebnis kann, selbst wenn die Antriebsrollkörper 8, 8 zu einer Verschiebung in axialer Richtung der Eingangswelle 15 (die Richtung von links nach rechts in der Fig. 8 und die Richtung von vorne nach hinten in der Fig. 9) aufgrund der elastischen Verformung eines jeden Bauteils wegen einer großen Last, die auf jedes Bauteil in einem Zustand wirkt, in dem die Kraftkraft übertra­ gen wird, neigen, diese Verschiebung absorbiert werden, ohne daß eine übergroße Last auf jedes Bauteil wirkt.
Außerdem sind zwischen den Außenseiten der Antriebsrollkörper 8, 8 und den Innen­ seiten der zwischenliegenden Abschnitte der Auflager 6, 6 Axialkugellager 26, 26 und Axialnadellager 27, 27 nacheinander von den Außenseiten der Antriebsrollkörper 8, 8 her vorgesehen. Die Axialkugellager 26, 26 ermöglichen die Drehung der Antriebsroll­ körper 8, 8, während sie die Last in axialer Richtung abstützen, die auf die Antriebsroll­ körper 8, 8 wirkt. Die Axialnadellager 27, 27 ermöglichen die Schwenkbewegung der Schwenklagerwellenabschnitte 23, 23 und der äußeren Laufringe 28, 28 der Axialkugel­ lager 26, 26 um die Tragwellenabschnitte 22, 22, während sie die Axiallast abstützen, die von den Antriebsrollkörpern 8, 8 auf die äußeren Laufringe 28, 28 wirkt.
Des weiteren sind Schubstangen 29, 29 mit einem Endabschnitt (in der Fig. 9 der linke Endabschnitt) der Auflager 6, 6 verbunden und Antriebskolben 30, 30 sind an den Um­ flächen der zwischenliegenden Abschnitte dieser Schubstangen 29, 29 befestigt. Diese Antriebskolben 30, 30 sind öldicht in Antriebszylindern 31, 31 eingesetzt.
Während des Betriebs des wie oben aufgebauten stufenlos verstellbaren Toroidgetrie­ bes wird die Drehung der Eingangswelle 15 an die Eingangsscheibe 2 über die An­ drückvorrichtung 9 übertragen. Die Drehung dieser Eingangsscheibe 2 wird an die Aus­ gangsscheibe 4 über das Paar von Antriebsrollkörpern 8, 8 übertragen und weiter wird die Drehung dieser Ausgangsscheibe 4 über das Ausgangsgetriebe 18 abgenommen. Wenn das Verhältnis der Drehzahl zwischen der Eingangswelle 15 und der Ausgangs­ welle 18 geändert werden muß, wird das Paar von Antriebskolben 30, 30 in einander entgegengesetzte Richtungen verschoben. Mit der Verschiebung dieser Antriebskolben 30, 30 wird das Paar von Auflagern 6, 6 in einander entgegengesetzte Richtungen ver­ fahren und der untere Antriebsrollkörper 8, wie er in der Fig. 9 dargestellt ist, wird bei­ spielsweise in Richtung der rechten Seite der Fig. 9 verschoben, während der obere An­ triebsrollkörper 8 der Fig. 9 zur linken Seite der Fig. 9 verschoben wird. Als Ergebnis än­ dert sich die Richtung der Kraft in tangentialer Richtung, die auf die Kontaktabschnitte zwischen den Umflächen 8a, 8a der Antriebsrollkörper 8, 8 und den Innenseiten 2a und 4a der Eingangsscheibe 2 und der Ausgangsscheibe 4 wirkt. Mit dieser Änderung der Richtung dieser Kraft werden die Auflager 6, 6 schwenkend in einander entgegenge­ setzte Richtungen um die Schwenkachsen 5, 5 bewegt, die selber durch die Halteschei­ ben 20, 20 schwenkbar gehalten sind. Als Ergebnis, wie es in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist, ändert sich der Kontaktpunkt zwischen den Umflächen 8a, 8a der Antriebsrollkörper 8, 8 und der Innenseiten 2a und 4a und das Verhältnis der Drehzahlen zwischen der Eingangsscheibe 15 und dem Ausgangsgetriebe 18.
Wenn die Übertragung der Drehkraft auf die oben beschriebene Weise zwischen der Eingangswelle 15 und dem Ausgangsgetriebe 18 bewirkt wird, werden die Antriebsroll­ körper 8, 8 in axialer Richtung der Eingangswelle 15 basierend auf der elastischen Ver­ formung eines jeden Bauteils verschoben und die verschieblichen Wellen 7, 7, die diese Antriebsrollkörper 8, 8 schwenkbar lagern, werden etwas um die Tragwellenabschnitte 22, 22 gedreht. Als Ergebnis dieser Drehung werden die Außenseiten der äußeren Laufringe 28, 28 der Kugellager 26, 26 und die Innenseiten der Auflager 6, 6 relativ zu­ einander verschoben. Die für diese relative Verschiebung benötigte Kraft ist klein, da die Axialnadellager 27, 27 zwischen diesen äußeren und inneren Seiten vorhanden sind. Entsprechend kann die Kraft zur Änderung des Neigungswinkels der verschieblichen Wellen 7, 7, wie oben beschrieben, klein sein.
Wenn das wie oben aufgebaute und funktionierende stufenlos verstellbare Toroidgetrie­ be tatsächlich bei einer stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung für ein Fahrzeug eingebaut werden soll, wurde vorgeschlagen, wie es beispielsweise in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 1-169169 und der offengelegten japanischen Pa­ tentanmeldung Nr. 1-282266 beschrieben ist, die stufenlos verstellbare Getriebevor­ richtung mit einer Planetengetriebevorrichtung zusammen zu bauen. Die Fig. 10 der beigefügten Zeichnungen zeigt schematisch den Grundaufbau einer solchermaßen vor­ geschlagenen stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung. Die Antriebswelle 33 (Kur­ belwelle) eines Motors 32, der als eine Antriebsquelle dient, ist mit der Eingangswelle 15 (vgl. Fig. 8 und 9) eines stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes 34 mit dem in den Fig. 8 und 9 gezeigten Aufbau verbunden. Außerdem ist eine Ausgangswelle 36 zum Antrieb der Antriebsräder über ein Differentialgetriebe 35 (vgl. Fig. 1 der beigefügten Zeichnun­ gen, welche ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt) und mit einem Sonnenrad 38 (vgl. Fig. 1) eines Planetengetriebes 37 ist und dreht sich mit diesem Sonnenrad 38.
Außerdem sind die Ausgangsscheibe 4 (vgl. Fig. 1, 6, 7 und 8) des stufenlos verstellba­ ren Toroidgetriebes 34 und ein Träger 39 (vgl. Fig. 1 und 2), der Bestandteil des Plane­ tengetriebes 37 ist, miteinander verbunden, so daß sie die Drehkraft durch eine erste Kraftübertragungsvorrichtung 41 übertragen können. Außerdem können die Antriebs­ welle 33 und die Eingangswelle 15 sowie ein Ringrad 42 (vgl. Fig. 1 und 2), der Teil der Planetengetriebevorrichtung 37 ist, miteinander verbunden sein, so daß sie die Drehkraft durch eine zweite Kraftübertragungsvorrichtung 43 übertragen können. Außerdem ist ei­ ne Umschaltvorrichtung vorgesehen, die den Zustand der Drehzahländerung zwischen der Antriebswelle 33 und der Eingangswelle 15 und der Ausgangswelle 36 zwischen drei Betriebsarten umschalten kann, d. h. der Betriebsart für hohe Drehzahlen, der Betriebs­ art für niedrige Drehzahlen und der Betriebsart zum Rückwärtsfahren. Das Verhältnis β/α zwischen dem Untersetzungsverhältnis α der ersten Kraftübertragungsvorrichtung 41 und dem Untersetzungsverhältnis β der zweiten Kraftübertragungsvorrichtung 43 wird im wesentlichen gleich dem Untersetzungsverhältnis während der maximalen Drehzah­ lerhöhung des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes 34 gesetzt (dem Untersetzungs­ verhältnis zwischen der Eingangswelle 1 und der Ausgangswelle 3 in dem in der Fig. 6 gezeigten Zustand) iH.
Die stufenlos verstellbare Getriebevorrichtung, wie sie in der Fig. 10 gezeigt ist, wird als Leistungsverzweigungstyp bezeichnet und überträgt in der Betriebsart für niedrige Dreh­ zahlen die gesamte Kraft der Antriebswelle 33 und der Eingangswelle 15 und der Aus­ gangswelle 36 über das stufenlos verstellbare Getriebe 34. Im Gegensatz dazu über­ trägt es in der Betriebsart für hohe Drehzahlen die Kraft über die Planetengetriebevor­ richtung 37 und leitet einen Teil dieser Leistung von der Planetengetriebevorrichtung 37 an das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe 34. Dies bedeutet, daß bei der Betriebsart für niedrige Drehzahlen die Antriebskraft des Motors 32 nur durch das stufenlos verstell­ bare Toroidgetriebe 34 übertragen wird und bei der Betriebsart für hohe Drehzahlen die Antriebskraft durch die Planetengetriebevorrichtung 37 übertragen wird, um während des Betriebs mit hoher Drehzahl das auf das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe 34 wirkende Drehmoment zu verringern. Bei einem derartigen Aufbau können die Lebens­ dauer eines jeden Bauteils des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes 34 und gleichzei­ tig der Wirkungsgrad der Übertragung der gesamten stufenlos verstellbaren Getriebe­ vorrichtung verbessert werden.
Die stufenlos verstellbare Getriebevorrichtung von der Bauart mit Leistungsverzweigung, wie sie oben beschrieben wurde, kann die Abschwächung des durch das stufenlos ver­ stellbare Toroidgetriebe übertragenen Drehmoments während des Betriebs mit hoher Drehzahl bewirken und zu einer Verbesserung bei der Lebensdauer sowie zu einer Ver­ besserung bei dem Wirkungsgrad des Getriebes führen, besitzt aber einen komplizier­ ten Aufbau aufgrund der ersten und zweiten Leistungsübertragungsvorrichtungen, au­ ßerdem ist es schwierig, dieses Getriebe kompakt und leichtgewichtiger zu bauen.
Um beispielsweise die Abmessung in axialer Richtung der ersten und zweiten Lei­ stungsübertragungsvorrichtungen zu verkleinern und die Abmessungen der stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung in axialer Richtung zu verringern, ist es bevorzugt, daß diese Leistungsübertragungsvorrichtungen keine Übertragungsvorrichtungen sind, die eine Kette oder einen Riemen verwenden, sondern Übertragungsvorrichtungen mit Zahnrädern sind. Wenn andererseits Übertragungsvorrichtungen mit Zahnrädern ver­ wendet werden, ist es notwendig, zur Übertragung einer Drehkraft zwischen einer an­ triebsseitigen Drehwelle und einer abtriebsseitigen Drehwelle diese voneinander zu be­ abstanden, ohne daß ein Zahnrad einen großen Durchmesser aufweist, und einen Leer­ gang zwischen einem antriebsseitigen Zahnrad und einem abtriebsseitigen Zahnrad vorzusehen, um die Drehrichtung auf eine gewünschte Drehrichtung einzustellen. Auf­ grund des Einbaus eines derartigen Leergangs wird eine Leerlaufwelle zur Lagerung dieses Leergangs notwendig, wobei es schwierig ist, diese Leerwelle anzuordnen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung wurde angesichts der obenerwähnten Umstände gemacht, um einen praktikablen Aufbau zu verwirklichen, der die Abschwächung des Drehmoments bewirkt, das durch ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe während des Betriebs bei hohen Drehzahlen übertragen wird, und welches kompakt und leichtgewichtig aufgebaut wer­ den kann.
Die stufenlos verstellbare Getriebevorrichtung der vorliegenden Erfindung ist mit einer Eingangswelle versehen, die mit einer Antriebsquelle verbunden ist, mit einer Aus­ gangswelle, die mit einem anzutreibenden Abschnitt verbunden ist, mit einem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe zur Änderung des Neigungswinkels einer Vielzahl von An­ triebsrollkörpern, die zwischen einer Eingangsscheibe und einer Ausgangsscheibe ge­ halten sind, um dadurch das Übersetzungsverhältnis des Getriebes zwischen der Ein­ gangsscheibe und der Ausgangsscheibe zu ändern, mit einer Planetengetriebevorrich­ tung, mit einem Paar von Leistungsübertragungsvorrichtungen, die das stufenlos ver­ stellbare Toroidgetriebe und die Planetengetriebevorrichtung miteinander verbinden, und mit einer Umschaltvorrichtung, die den Drehzahländerungszustand zwischen der Ein­ gangswelle und der Ausgangswelle in drei Betriebsarten umschalten kann, d. h. der Be­ triebsart für hohe Drehzahlen, der Betriebsart für niedrige Drehzahlen und der Betriebs­ art zum Rückwärtsfahren. In der Betriebsart für niedrige Drehzahlen wird die Leistung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle sämtlich durch das stufenlos ver­ stellbare Toroidgetriebe übertragen und in der Betriebsart für hohe Drehzahlen wird die Leistung durch die Planetengetriebevorrichtung übertragen und ein Teil der Leistung wird über die Planetengetriebevorrichtung an das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe geleitet.
Bei der stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung der vorliegenden Erfindung ist insbe­ sondere das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe koaxial zur Eingangswelle angeordnet und die Mittenachse der Planetengetriebevorrichtung ist schräg oberhalb der Eingangs­ welle angeordnet.
Die Funktion der stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung der vorliegenden Erfindung, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, ist wie folgt. Zunächst wird während des Be­ triebs mit niedriger Drehzahl die gesamte Leistung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle über das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe übertragen. Zu diesem Zweck sind beispielsweise zwei von einem Sonnenrad, einem Ringrad und einem Trä­ ger, die die Planetengetriebevorrichtung bilden, miteinander verbunden und das Son­ nenrad, das Ringrad und der Träger drehen sich einstückig um das Sonnenrad. In die­ sem Zustand überträgt nur das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe die Leistung von der Eingangswelle an die Ausgangswelle. Die Wirkung bei der Änderung des Überset­ zungsverhältnisses des Getriebes zwischen den Eingangs- und Ausgangsscheiben wäh­ rend des Betriebs mit niedriger Drehzahlen ist ähnlich wie die im Falle des stufenlos ver­ stellbaren Toroidgetriebes aus dem Stand der Technik, wie es in den Fig. 6 bis 9 gezeigt ist. Das Übersetzungsverhältnis des Getriebes zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle, d. h. das Übersetzungsverhältnis der gesamten stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung ist in diesem Zustand natürlich proportional zum Übersetzungsver­ hältnis des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes. Außerdem wird in diesem Zustand das dem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe eingeleitete Drehmoment gleich dem auf die Eingangswelle wirkenden Drehmoment.
Im Gegensatz dazu wird während des Betriebs mit hoher Drehzahl die Leistung durch die Planetengetriebevorrichtung übertragen und ein Teil der Leistung wird an das stu­ fenlos verstellbare Toroidgetriebe durch diese Planetengetriebevorrichtung geleitet. In diesem Zustand wird das Drehmoment vom Träger, der Bestandteil der Planetengetrie­ bevorrichtung ist, an die Ausgangsscheibe des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes übertragen. Außerdem ändert sich in diesem Zustand das Übersetzungsverhältnis der gesamten stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung in Übereinstimmung mit der Dreh­ zahl des Planetengetriebes. Wenn daher das Übersetzungsverhältnis des stufenlos ver­ stellbaren Toroidgetriebes verändert wird, um dadurch die Drehzahl des Planetengetrie­ bes zu ändern, kann dadurch das Übersetzungsverhältnis der gesamten stufenlos ver­ stellbaren Getriebevorrichtung eingestellt werden. Dies bedeutet, daß, wenn in diesem Zustand das Übersetzungsverhältnis des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes in Richtung einer Drehzahlverringerung verändert wird, das Übersetzungsverhältnis der gesamten stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung in Richtung einer Drehzahlerhö­ hung geändert wird. Wenn im Zustand eines derartigen Betriebs bei hoher Drehzahl das Übersetzungsverhältnis des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes in Richtung einer Drehzahlverringerung verändert wird, um das Übersetzungsverhältnis der gesamten stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung in Richtung der Beschleunigungsseite zu ändern, wird das in dieses stufenlos verstellbare Toroidgetriebe geleitete Drehmoment kleiner. Im Ergebnis kann das dem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe während des Betriebs bei hoher Drehzahl eingeleitete Drehmoment verringert werden und dadurch die Lebensdauer der Bestandteile dieses stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes ver­ bessert werden.
Im Falle der vorliegenden Erfindung ist das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe insbe­ sondere koaxial zur Eingangswelle angeordnet und die Mittenachse der Planetengetrie­ bevorrichtung ist schräg oberhalb dieser Eingangswelle angeordnet. Dadurch können die Bauteile effizient angeordnet werden, wodurch eine Kompaktheit und ein leichteres Gewicht der stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung erreicht wird. Damit sind die Mittenachse des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes, bei dem die Querschnittsfläche bezüglich einer senkrechten Fläche in einer Richtung senkrecht zur Mittenachse groß wird, und die Mittenachse der Planetengetriebevorrichtung sind in Richtungen angeord­ net, die voneinander bezüglich der horizontalen Richtung und einer vertikalen Richtung abweichen und daher kann die Weite und die Höhe der stufenlos verstellbaren Getrie­ bevorrichtung mit dem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe und der Planetengetriebe­ vorrichtung klein gehalten werden. Oberhalb des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes und seitlich der Planetengetriebevorrichtung kann ein Leergang und eine Leerlaufwelle vorgesehen sein und unterhalb des Endabschnittes der Planetengetriebevorrichtung kann ein Ausgangsabschnitt vorgesehen sein, der mit einem Differentialgetriebe oder ähnlichem verbunden ist, so daß auf diese Weise eine effektive Nutzung des Raums er­ reicht wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie 1-1 der Fig. 3 und ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Abschnittes B der Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine teilweise Durchsicht, bei der ein Abschnitt weggelassen ist, um die Anordnung eines jeden Bauteils zu zeigen, und welche in einer Ansicht von rechts der Fig. 1 dargestellt ist.
Fig. 4 zeigt einen Graphen, in dem die Beziehungen zwischen dem Übersetzungs­ verhältnis des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, dem Übersetzungsverhält­ nis der gesamten stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung, dem Ein­ gangsmoment und dem Ausgangsmoment dargestellt sind.
Fig. 5 zeigt schematisch den Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels der vor­ liegenden Erfindung.
Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht teilweise im Querschnitt, in der ein herkömmliches stufenlos verstellbares Toroidgetriebe im Zustand maximaler Drehzahlverrin­ gerung dargestellt ist.
Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht teilweise im Querschnitt, in der das herkömmliche stufenlos verstellbare Toroidgetriebe im Zustand maximaler Drehzahlerhö­ hung dargestellt ist.
Fig. 8 zeigt eine Querschnittsansicht, in der ein Beispiel des herkömmlichen spezi­ ellen Aufbaus dargestellt ist.
Fig. 9 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie 9-9 der Fig. 8.
Fig. 10 zeigt ein Blockdiagramm, in dem der grundlegende Aufbau einer stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung entsprechend dem Gegenstand der vorlie­ genden Erfindung dargestellt ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE Erstes Ausführungsbeispiel
Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In dem Zustand, in dem es in einem Fahrzeug eingebaut ist, fallen die Richtungen nach oben und unten und die senkrechte Richtung der Fig. 3 im wesentlichen zusammen. Die stufenlos verstellbare Getriebevorrichtung der vorliegenden Erfindung ist mit einer Ein­ gangswelle 15 versehen, die mit der Antriebswelle 33 (Kurbelwelle) eines Motors 32 (vgl. Fig. 10) verbunden ist, welche als eine Antriebsquelle dient und drehbar durch diesen Motor 32 angetrieben ist. Eine Anlaufkupplung (nicht gezeigt) wie beispielsweise ein Drehmomentwandler und eine stoßabsorbierende Kupplung 45 sind zwischen dem ein­ gangsseitigen Endabschnitt (dem linken Endabschnitt in der Fig. 1) der Eingangswelle 15 und dem ausgangsseitigen Endabschnitt (dem rechten Endabschnitt der Fig. 1) der Antriebswelle 33 in Reihe mit der Antriebswelle 33 und der Eingangswelle 15 vorgese­ hen. Entsprechend sind die Antriebswelle 33 und die Eingangswelle 15 konzentrisch zu­ einander angeordnet. Im Gegensatz dazu ist eine Ausgangswelle 36 zur Abgabe der Bewegungsleistung, die auf der Drehung der Eingangswelle 15 basiert, parallel zu dieser Eingangswelle 15 angeordnet. Ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe 34 und eine Planetengetriebevorrichtung 37 sind jeweils um die Eingangswelle 15 und die Aus­ gangswelle 36 angeordnet.
Eine Nockenscheibe 10, die eine Andrückvorrichtung 9 von der Bauart mit einer Lastnocke bildet und zum stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe 34 gehört, befindet sich über eine Keilverzahnung (beim dargestellten Ausführungsbeispiel eine Kugelverzah­ nung) mit demjenigen Abschnitt des zwischenliegenden Abschnittes der Eingangswelle 15 im Eingriff, der von der Außenseite (der linken Seite der Fig. 1) einer Eingangsschei­ be 2 vorragt, und ist auf der Eingangswelle 15 in einer Lage gehalten, in der die axiale Bewegung weg von der Eingangsscheibe 2 durch eine Lastmutter 46 blockiert ist, die mit dem zwischenliegenden Abschnitt der Eingangswelle 15 und einem weiter unten be­ schriebenen Antriebsgetriebe 68 verschraubt ist. Außerdem sind die Eingangsscheibe 2 und eine Ausgangsscheibe 4, die Bestandteil des stufenlos verstellbaren Toroidgetrie­ bes 34 sind, mittels Nadellager 16, 16 unabhängig drehbar und mit etwas axialem Spiel relativ zu dieser Eingangswelle 15 um die Eingangswelle 15 gelagert. Zwischen einer Nockenfläche 13, die an einer Fläche (der rechten Fläche in der Fig. 1) der Nocken­ scheibe 10 und einer Nockenfläche 14, die an der Seitenseite der Eingangsscheibe 2 ausgebildet ist, sind Rollen 12, 12 sandwichartig angeordnet und bilden dadurch die An­ drückvorrichtung 9. Entsprechend wird die Eingangsscheibe 2 gedreht und gleichzeitig mit der Drehung der Eingangswelle 15 in Richtung der Ausgangsscheibe 4 gedrückt. Die Lastmutter 46 nimmt eine große Axiallast auf, die auf die Nockenscheibe 10 während des Betriebs der Andrückvorrichtung 9 wirkt. Außerdem ist eine vorgespannte Feder 47, wie beispielsweise eine Federscheibe zwischen der Nockenscheibe 10 und dem zweiten Antriebsgetriebe 68 vorgesehen, um eine Vorspannkraft auf die Andrückvorrichtung 9 und die im folgenden beschriebenen Antriebsrollen 8, 8 auszuüben, die sandwichartig zwischen der Eingangsscheibe 2 und der Ausgangsscheibe 4 gehalten sind.
Außerdem ist eine Vielzahl (üblicherweise zwei bis drei) von Antriebsrollen 8, 8 sand­ wichartig zwischen der Innenseite 2a der Eingangsscheibe 2 und der Innenseite 4a der Ausgangsscheibe 4 angeordnet, wobei die Umflächen 8a, 8a dieser Antriebsrollen 8, 8 und die obenerwähnten Innenseiten 2a, 4a in Kontakt miteinander gebracht werden. Diese Antriebsrollen 8, 8 sind drehbar und schwenkbar durch Auflager 6, 6 und ver­ schiebliche Wellen 7, 7 gehalten. Das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe 34 verfährt, wie die bislang weit bekannten stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe, die Auflager 6, 6 schwenkend und ändert die Neigungswinkel der verschieblichen Wellen 7, 7, die die Antriebsrollen 8, 8 halten, um dadurch das Übersetzungsverhältnis des Getriebes zwi­ schen der Eingangsscheibe 2 und der Ausgangsscheibe 4 zu ändern.
Außerdem ist ein Sonnenrad 38 als Bestandteil der Planetengetriebevorrichtung 37 am zwischenliegenden Abschnitt der Ausgangswelle 36 befestigt. Entsprechend dreht sich diese Ausgangswelle 36 mit der Drehung des Sonnenrades 38. Ein Ringrad 42 ist dreh­ bar um dieses Sonnenrad 38 konzentrisch zum Sonnenrad 38 gelagert. Eine Vielzahl (üblicherweise drei bis vier) von Planetenradsätzen 48, 48 sind zwischen der inneren Umfläche des Ringrades 42 und der äußeren Umfläche des Sonnenrades 38 angeord­ net. Beim dargestellten Beispiel umfaßt ein jeder dieser Planetenradsätze 48, 48 eine Kombination eines Planetenradpaares 49a, 49b. Jedes Paar von Planetenrädern 49a, 49b kämmt miteinander und das an der äußeren Durchmesserseite angeordnete Pla­ netenrad 49a kämmt mit dem Ringrad 42 und das an der Innendurchmesserseite ange­ ordnete Planetenrad 49b kämmt mit dem Sonnenrad 38. Jeder Planetenradsatz 48, 48 besteht aus einem Paar von Planetenrädern 49a, 49b, um die Drehrichtung des Ringra­ des 42 und des Sonnenrades 38 gleichzumachen, wie oben beschrieben wurde. Wenn es von der Beziehung zu den anderen Bauteilen her nicht notwendig ist, die Drehrich­ tung des Ringrades 42 und des Sonnenrades 38 miteinander zusammenfallen zu las­ sen, kann ein einzelnes Planetenrad in Eingriff mit sowohl dem Ringrad 42 als auch dem Sonnenrad 38 gebracht werden.
Die Planetenradsätze 48, 48, wie sie oben beschrieben wurden, sind an einer Seite (der linken Seite der Fig. 1) eines Trägers 39 durch Schwenkachsen 50a, 50b parallel zur Ausgangswelle 36 drehbar gelagert. Außerdem ist der Träger 39 drehbar am zwischen­ liegenden Abschnitt der Ausgangswelle 36 über eine erste Hülse 51 und eine Kupplung 52 für die niedrigen Drehzahlen drehbar gelagert. Die erste Hülse 51 ist drehbar um den zwischenliegenden Abschnitt der Ausgangswelle 36 durch ein Paar von Radiallagern 53, 53 und ein Paar von Axiallagern 54, 54 gelagert, welche Rollenlager wie beispielsweise Nadellager sind. Die Kupplung 52 für die niedrigen Drehzahlen, welches eine Mehr­ scheibennaßkupplung ist, ist mit einem Kupplungsgehäuse 55 versehen, das an der äu­ ßeren Umfläche der ersten Hülse 51 befestigt ist, sowie mit einer drehbaren Scheibe 56, die an der äußeren Umfläche des zwischenliegenden Abschnittes der Ausgangswelle 36 befestigt ist. In axialer Richtung sind abwechselnd äußere Reibscheiben 58, 58, die über eine Keilverzahnung mit der inneren Umfläche eines äußeren zylindrischen Abschnittes 57 im Eingriff stehen, der am äußeren peripheren Randabschnitt des Kupplungsgehäu­ ses 55 ausgebildet ist, und innere Reibscheiben 60, 60, die über eine Keilverzahnung mit der äußeren Umfläche eines inneren Zylinderabschnittes 59 im Eingriff stehen, der an dem äußeren peripheren Randabschnitt der drehbaren Scheibe 56 ausgebildet sind, angeordnet. Des weiteren ist eine Feststellscheibe 61 an einem axialen Ende (dem lin­ ken Ende in den Fig. 1 und 2) der beiden Reibscheiben 58, 60 an der inneren Umfläche des äußeren Zylinderabschnittes 57 befestigt. Am in axialer Richtung anderem Ende (dem rechten Ende in den Fig. 1 und 2) der beiden Reibscheiben 58, 60 innerhalb des Kupplungsgehäuses 55 ist ein Kupplungskolben 62 axial beweglich vorgesehen. Die Kupplung 52 für die niedrigen Drehzahlen, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, wird durch Einleiten von unter Druck stehendem Öl durch eine Zuführ- und Ablaßöffnung 63, die in der ersten Hülse 51 ausgebildet ist, eingerückt und durch Ablassen desselben Öls auf die gleiche Weise ausgerückt.
Außerdem sind die erste Hülse 51 und die Ausgangsscheibe 4 derart miteinander ver­ bunden, daß sie eine Drehkraft durch eine erste Leistungsübertragungsvorrichtung 41 übertragen können. Diese erste Leistungsübertragungsvorrichtung 41 umfaßt ein erstes Antriebsrad 64, das über eine Keilverzahnung mit der Ausgangsscheibe 4 verbunden ist, ein erstes angetriebenes Rad 65, das mit der Umfläche der ersten Hülse 51 über eine Keilverzahnung verbunden ist, und einen Leergang 66, der mit dem ersten Antriebsrad 64 und dem ersten angetriebenen Rad 65 kämmt. Während des Einrückens der Kupp­ lung 52 für die niedrigen Drehzahlen drehen sich die erste Hülse 51 und der Träger 39 zusammen mit der Drehung der Ausgangsscheibe 4 in die gleiche Richtung wie die Ausgangsscheibe 4 mit einer Drehzahl, die dem Verhältnis der Zähnezahlen zwischen dem ersten Antriebsrad 64 und dem ersten angetriebenen Rad 65 entspricht,.
Andererseits können die Eingangswelle 15 und das Ringrad 42 derart miteinander ver­ bunden sein, daß sie die Drehkraft über eine zweite Leistungsübertragungsvorrichtung 43 und eine Kupplung 67 für die hohen Drehzahlen übertragen können. Die zweite Lei­ stungsübertragungsvorrichtung 43 umfaßt ein zweites Antriebsrad 68, das über eine Keilverzahnung mit dem zwischenliegenden Abschnitt der Eingangswelle 15 im Eingriff steht und durch die Lastmutter 46 niedergehalten ist, sowie einem zweiten angetriebe­ nen Rad 69, das um die Ausgangswelle 36 relativ zu dieser Ausgangswelle 36 drehbar gelagert ist, wobei das zweite Antriebsrad 68 und das zweite angetriebene Rad 69 mit­ einander kämmen. Um das zweite angetriebene Rad 69 vorzusehen, ist eine zweite Hülse 70 drehbar um die Ausgangswelle 36 mittels eines Paars von Radiallagern 71, 71 und einem Paar von Axiallagern 72, 72, welche Rollenlager, wie beispielsweise Nadella­ ger sind, drehbar gelagert. Eine derartige zweite Hülse 70 dreht sich in eine Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung der Eingangswelle 15 mit einer Drehzahl, die dem Zähnezahlverhältnis zwischen dem zweiten Antriebsrad 68 und dem zweiten angetrie­ benen Rad 69 entspricht, mit der Drehung der Eingangswelle 15. Das Verhältnis β/α zwischen dem Drehzahlverringerungsverhältnis α der ersten Leistungsübertragungsvor­ richtung 41 und dem Drehzahlverringerungsverhältnis 3 der zweiten Leistungsübertra­ gungsvorrichtung 43 ist im wesentlichen gleich dem Drehzahlverringerungsverhältnis iH während der maximalen Drehzahlerhöhungdes stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes 34 (wobei das Drehzahlverringerungsverhältnis im Größenbereich von beispielsweise 0,5 zwischen der Eingangsscheibe 2 und der Ausgangsscheibe 4 in dem in der Fig. 4 gezeigten Zustand beträgt). Wenn beispielsweise α = 1 gilt, dann gilt β = iH. Der Grund dafür besteht darin, daß beim Umschalten zwischen der Betriebsart für die niedrigen Drehzahlen und der Betriebsart für die hohen Drehzahlen, was weiter unten beschrieben wird, das Übersetzungsverhältnis der gesamten stufenlos verstellbaren Getriebevor­ richtung nicht unstetig wird oder das Maß desselben verringert wird.
Die Kupplung 67 für die hohen Drehzahlen, welche eine Mehrscheibennaßkupplung ist, ist mit einem Zylinder 73 und einem Stützring 74 versehen, die an der äußeren Umflä­ che der zweiten Hülse 70 befestigt sind. In axialer Richtung sind abwechselnd äußere Reibscheiben 76, 76, die über eine Keilverzahnung mit der inneren Umfläche eines äu­ ßeren Zylinderabschnittes 75 im Eingriff stehen, der am Ringrad 42 ausgebildet ist, und innere Reibscheiben 78, 78 angeordnet, die über eine Keilverzahnung mit der äußeren Umfläche eines inneres Zylinderabschnittes 77 im Eingriff stehen, der an dem äußeren peripheren Randabschnitt des Stützringes 74 ausgebildet ist. Des weiteren ist eine Fest­ stellscheibe 79 an einem axialen Ende (dem rechten Ende in den Fig. 1 und 2) der Reibscheiben 76, 78 an der inneren Umfläche des äußeren Zylinderabschnittes 75 be­ festigt. Ein Kupplungskolben 80 ist in axialer Richtung beweglich innerhalb des Zylinders 73 vorgesehen und bezüglich der Reibscheiben 76, 78 an der gegenüberliegenden Seite des Zylinders 73 angeordnet. Die wie oben beschrieben aufgebaute Kupplung 67 für die hohen Drehzahlen wird durch das Einleiten von unter Druck stehendem Öl durch eine Zufuhr- und Ablaßöffnung 81, die in der zweiten Hülse 70 ausgebildet ist, eingerückt und durch das Ablassen des unter Druck stehenden Öls auf die gleiche Weise ausgerückt.
Die stufenlos verstellbare Getriebevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit einer Umschaltvorrichtung zum Umschalten von drei Betriebsarten versehen, d. h. der Betriebsart für hohe Drehzahlen, der Betriebsart für niedrige Drehzahlen und der Be­ triebsart zum Rückwärtsfahren. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt die Um­ schaltvorrichtung drei Kupplungen, d. h. die oben beschriebene Kupplung 67 für die ho­ hen Drehzahlen und die zuvor beschriebene Kupplung 52 für die niedrigen Drehzahlen sowie eine Kupplung 82 zum Rückwärtsfahren. Diese Kupplung 82 zum Rückwärtsfah­ ren, welche ebenfalls eine Mehrscheibennaßkupplung ist, ist mit einem ringförmigen Kreiszylinder 84 mit U-förmigen Querschnitt versehen, der an der Innenseite eines Ge­ häuses 83 befestigt ist, welches die stufenlos verstellbare Getriebevorrichtung enthält, sowie mit einem kreisförmigen und ringförmigen Kupplungskolben 85, der in dem Zylin­ der 84 eingesetzt ist. In axialer Richtung wechseln sich innere Reibscheiben 86, 86, die über eine Keilverzahnung mit der äußeren Umfläche des Ringrades 42 im Eingriff ste­ hen, und äußere Reibscheiben 87, 87 ab, die über eine Keilverzahnung mit der inneren Umfläche eines am Gehäuse 84 befestigten Abschnittes im Eingriff stehen. Außerdem ist eine festgestellte Scheibe 88 an der bezüglich der Reibscheiben 86, 87 gegenüber­ liegenden Seite des Kupplungskolbens 85 vorgesehen. Die Reibscheiben 86, 87 können von den in axialer Richtung gegenüberliegenden Seiten durch und zwischen den Kupp­ lungskolben 85 und die festgestellte Scheibe 88 sandwichartig angeordnet werden. Die wie oben beschrieben aufgebaute Kupplung 82 zum Rückwärtsfahren wird durch Einlei­ ten von unter Druck stehendem Öl in den Zylinder 84 eingerückt und durch das Ablas­ sen des unter Druck stehenden Öls auf die gleiche Weise ausgerückt.
Diese drei Kupplungen 67, 52 und 82 sind so ausgebildet, daß, wie unten beschrieben wird, in Abhängigkeit von der zu verwirklichenden Betriebsart nur eine von ihnen einge­ rückt wird und die restlichen beiden Kupplungen ausgerückt werden. Die oben beschrie­ bene Kupplung 52 für die niedrigen Drehzahlen verhindert, während sie eingerückt ist, daß die Räder 38, 42, 49a und 49b, die Bestandteil der Planetengetriebevorrichtung 39 sind, relativ zueinander verschoben werden können und dreht den Träger 37 und das Sonnenrad 38 synchron zueinander. Zu diesem Zweck ist die Kupplung 52 für die nied­ rigen Drehzahlen in einer Position vorgesehen, bei der sie die relative Verschiebung der Bauteile der Planetengetriebevorrichtung 37 durch Verbindung derselben verhindern kann. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kupplung 52 für die niedrigen Drehzahlen zwischen dem Träger 39 und dem Sonnenrad 38 vorgesehen. Eine derarti­ ge Kupplung 52 für die niedrigen Drehzahlen verhindert während ihrer Verbindung die relative Verschiebung des Sonnenrades 38, des Ringrades 42 und des Satzes an Pla­ netenrädern 48, 48, die die Planetengetriebevorrichtung 37 bilden, und verbindet das Sonnenrad 38, das Ringrad 42 und den Träger 39, der die Planetenradsätze 48, 48 trägt, einstückig miteinander. Die Kupplung 67 für die hohen Drehzahlen und die Kupp­ lung 52 für die niedrigen Drehzahlen bilden zusammen einen Steuerkreis (Öldruck und Elektrizität), so daß bei einer Verbindung einer dieser beiden Kupplungen die andere Kupplung ausgerückt werden kann. Die Kupplung 52 für die niedrigen Drehzahlen kann eine beliebige Kupplung sein, die bei ihrem Einrücken die relative Verschiebung des Sonnenrades 38, des Ringrades 42 und des Planetenradsatzes 48, 48 verhindern kann und die nicht nur in der dargestellten Lage sondern zwischen dem Sonnenrad 38 und dem Ringrad 42 oder zwischen dem Ringrad 42 und dem Träger 39 vorgesehen sein kann.
Die Kupplung 82 für die Rückwärtsfahrt ist in einem Zustand ausgerückt, in dem die Kupplung 52 für die niedrigen Drehzahlen oder die Kupplung für die hohen Drehzahlen eingerückt ist. In einem Zustand, in dem diese Kupplung 82 für die Rückwärtsfahrt ein­ gerückt ist, sind sowohl die Kupplung 52 für die niedrigen Drehzahlen als auch die Kupplung 67 für die hohen Drehzahlen ausgerückt. Das heißt, daß die drei restlichen Kupplungen 52, 67 und 82 bis auf die Anlaufkupplung, nicht gezeigt, derart ausgebildet sind, daß die beiden anderen Kupplungen nicht eingerückt sind, wenn eine von ihnen eingerückt ist.
Des weiteren sind die Ausgangswelle 36 und das Differentialgetriebe 35 über eine dritte Leistungsübertragungsvorrichtung 81 miteinander verbunden, die ein drittes Antriebsrad 89 und ein drittes angetriebenes Rad 90 aufweist, die am Endabschnitt der Ausgangs­ welle 36 befestigt sind. Wenn sich entsprechend die Ausgangswelle 36 dreht, dreht sich ein Paar von linken und rechten Antriebsachsen 92, 92 durch die dritte Leistungsüber­ tragungsvorrichtung 91 und das Differentialgetriebe 35, um dadurch die Antriebsräder eines Fahrzeugs drehbar anzutreiben.
Der Aufbau eines jeden Bestandteils der stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist wie oben beschrieben und insbesondere im Falle der erfindungsgemäßen stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung ist die Anordnung eines jeden Bauteils so geplant, daß Kompaktheit und ein leichtes Gewicht erreicht wer­ den. Zunächst ist das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe 34 um eine Hälfte (in der Fig. 1 die rechte Hälfte) der Eingangswelle angeordnet, wobei das stufenlos verstellbare To­ roidgetriebe 34 konzentrisch zu dieser Eingangswelle 15 angeordnet ist. Außerdem ist diese Eingangswelle 15 konzentrisch zur Antriebswelle 33 angeordnet. Folglich ist das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe 34 konzentrisch zu dieser Antriebsweile 33 ange­ ordnet. Außerdem ist die Ausgangswelle 36, die die Mittenwelle der Planetengetriebe­ vorrichtung 37 darstellt, an einer Position schräg oberhalb der Eingangswelle 15 ange­ ordnet.
Zweitens sind oberhalb der Eingangswelle 15 ein Zylinderblock 93, der die Antriebszy­ linder 31, 31 zur axialen (in Fig. 3 senkrechten) Verschiebung der Auflager 6, 6 zur Än­ derung des Übersetzungsverhältnisses des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes 34 enthält, und ein Ventilkörper 94 angeordnet, der darin ein Steuerventil zur Steuerung der Zufuhr und des Ablasses von unter Druck stehendem Öl an und von diesen Antriebszy­ lindern 31, 31 enthält.
Drittens ist ein Leergang 66 als Teil der ersten Leistungsübertragungsvorrichtung 41 vorgesehen, damit die Eingangswelle 15 und die Ausgangswelle 36 in gleicher Richtung drehen. Eine Leerlaufwelle 95, die diesen Leergang 66 trägt, ist derart angeordnet, daß er sich durch die Grenze zwischen dem Zylinderblock 93 und dem Ventilkörper 94 er­ streckt.
Die Funktion der stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, das wie oben beschrieben aufgebaut ist, ist wie folgt. Zunächst ist beim Betrieb mit niedriger Drehzahl die Kupplung 52 für niedrige Drehzahlen eingerückt und die Kupplung 67 für hohe Drehzahlen sowie die Kupplung 82 zum Rückwärtsfahren sind ausgerückt. Wenn in diesem Zustand die Anlaufkupplung eingerückt wird, um da­ durch die Eingangswelle 15 zu drehen, überträgt nur das stufenlos verstellbare Toroid­ getriebe 34 die Bewegungsleistung von der Eingangswelle 15 an die Ausgangswelle 36. Mit anderen Worten werden durch das Einrücken der Kupplung 52 für die niedrigen Drehzahlen das Sonnenrad 38 und der Träger 39 einstückig miteinander verbunden und die Relativdrehung der Räder 38, 42, 49a und 49b, die Bestandteil der Planetengetrie­ bevorrichtung 37 sind, wird unmöglich. Da außerdem die Kupplung 67 für die hohen Drehzahlen und die Kupplung 82 zum Rückwärtsfahren ausgerückt sind, kann sich das Ringrad 42 unabhängig von der Drehzahl der Eingangswelle 15 drehen.
Wenn in diesem Zustand folglich die Eingangswelle 15 gedreht wird, wird diese Drehung an die Eingangsscheibe 2 über die Andrückvorrichtung 9 und weiter an die Ausgangs­ scheibe 4 über die Vielzahl von Antriebsrollkörper 8, 8 übertragen. Des weiteren wird die Drehung dieser Ausgangsscheibe 4 an den Träger 39 und die Planetenräder 49a, 49b über das erste Antriebsrad 64, den Leergang 66, das erste angetriebene Rad 65, die er­ ste Hülse 51 und die Kupplung 52 für die niedrigen Drehzahlen übertragen, die zusam­ men die erste Leistungsübertragungsvorrichtung 41 bilden. Wie oben beschrieben ist in diesem Zustand eine Relativdrehung der Räder 38, 42, 49a und 49b, die die Planeten­ getriebevorrichtung 37 bilden, unmöglich und daher dreht sich die Ausgangswelle 36 mit derselben Drehzahl wie der Träger 39.
Die Funktion, wenn das Übersetzungsverhältnis zwischen den Eingangs- und Aus­ gangsscheiben 2 und 4 während eines derartigen Betriebs mit niedrigen Drehzahlen ge­ ändert wird, ist ähnlich dem bei dem herkömmlichen stufenlos verstellbaren Getriebe, wie es in den Fig. 6 bis 9 gezeigt ist. Natürlich ist in diesem Zustand das Übersetzungs­ verhältnis zwischen der Eingangswelle 15 und der Ausgangswelle 36, d. h. das Überset­ zungsverhältnis der gesamten stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung proportional zum Übersetzungsverhältnis des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes 34. Außerdem ist in diesem Zustand das dem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe 34 zugeleitete Drehmoment gleich dem auf die Eingangswelle 15 wirkenden Drehmoment. Während des Betriebs mit niedrigen Drehzahlen werden das zweite Antriebsrad 68 und das zweite angetriebene Rad 69, die Bestandteil der zweiten Leistungsübertragungsvorrichtung 43 sind, nur im Leerlauf mitgedreht.
Im Gegensatz dazu ist während des Betriebs mit hohen Drehzahlen die Kupplung 67 für die hohen Drehzahlen eingerückt und die Kupplung 52 für die niedrigen Drehzahlen und die Kupplung 82 für das Rückwärtsfahren sind ausgerückt. Wenn in diesem Zustand die Anlaufkupplung eingerückt wird, um dadurch die Eingangswelle 15 zu drehen, übertra­ gen das zweite Antriebsrad 68 und das zweite angetriebene Rad 69, die die zweite Lei­ stungsübertragungsvorrichtung 43 bilden, und die Planetengetriebevorrichtung 37 Be­ wegungsleistung von der Eingangswelle 15 an die Ausgangswelle 36.
Wenn mit anderen Worten die Eingangswelle 15 sich während des Betriebs mit hohen Drehzahlen dreht, wird diese Drehung an das Ringrad 42 über die zweite Leistungs­ übertragungsvorrichtung 43 und die Kupplung 67 für die hohen Drehzahlen übertragen, um dadurch dieses Ringrad 42 zu drehen. Die Drehung dieses Ringrades 42 wird an das Sonnenrad 38 über die Vielzahl von Planetenradsätzen 48, 48 übertragen, um da­ durch die Ausgangswelle 36 zu drehen, an der das Sonnenrad 38 befestigt ist. Unter der Annahme, daß, wenn das Ringrad 42 die Eingangsseite geworden ist, die Planetenge­ triebevorrichtung 37 sich in einem derartigen Zustand befindet, daß die Planetenradsät­ ze 48, 48 festgehalten sind (sie laufen nicht um das Sonnenrad 38), dann wird eine Drehzahlerhöhung bei einem Übersetzungsverhältnis bewirkt, das dem Verhältnis der Zähnezahlen zwischen dem Ringrad 42 und dem Sonnenrad 38 entspricht. Die Plane­ tenradsätze 48, 48 laufen sich jedoch um das Sonnenrad 38 und das Übersetzungsver­ hältnis der gesamten stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung ändert sich demzufol­ ge in Abhängigkeit von der Drehzahl der Planetenradsätze 48, 48. Wenn daher das Übersetzungsverhältnis des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes 34 geändert wird, um dadurch die Umdrehungsgeschwindigkeit der Planetenradsätze 48, 48 zu ändern, kann das Übersetzungsverhältnis der gesamten stufenlos verstellbaren Getriebevor­ richtung eingestellt werden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel laufen daher während des Betriebs mit ho­ hen Drehzahlen die Planetenradsätze 48, 48 in derselben Richtung um wie das Ringrad 42. Je niedriger die Umlaufgeschwindigkeit dieser Planetenradsätze 48, 48 ist, desto höher wird die Drehzahl der Ausgangswelle 36, die mit dem Sonnenrad 38 befestigt ist. Wenn beispielsweise die Umlaufgeschwindigkeit und die Drehzahl des Ringrades 42 (beide Geschwindigkeit sind Winkelgeschwindigkeiten) einander gleich werden, dann sind die Drehzahlen des Rindrades 42 und die Drehzahlen der Ausgangswelle 36 einan­ der gleich. Wenn im Gegensatz dazu die Umlaufgeschwindigkeit geringer als die Dreh­ zahl des Rindrades 42 ist, wird die Drehzahl der Ausgangswelle 36 größer als die Dreh­ zahl des Rindrades 42. Wenn umgekehrt die Umlaufgeschwindigkeit größer als die Drehzahl des Rindrades 42 ist, wird die Drehzahl der Ausgangswelle 36 niedriger als die Drehzahl des Ringrades 42.
Wenn folglich während des Betriebs mit hohen Drehzahlen das Übersetzungsverhältnis des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes 34 in Richtung Drehzahlverringerung geän­ dert wird, ändert sich das Übersetzungsverhältnis der gesamten stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung in Richtung der Beschleunigungsseite. Bei einem derartigen Be­ triebszustand mit hohen Drehzahlen wirkt das Drehmoment nicht von der Seite der Ein­ gangsscheibe 2 her sondern von der Seite der Ausgangsscheibe 4 her auf das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe 34 (bezeichnet man das während des Betriebs mit niedrigen Drehzahlen wirkende Drehmoment als positives Drehmoment, dann wirkt in diesem Fall ein negatives Drehmoment). Mit anderen Worten wird in einem Zustand, bei dem die Kupplung 67 für die hohen Drehzahlen eingerückt ist, das vom Motor 32 an die Ein­ gangswelle 15 übertragene Drehmoment an das Ringrad 42 der Planetengetriebevor­ richtung 37 über die zweite Leistungsübertragungsvorrichtung 31 übertragen, bevor die Andrückvorrichtung 9 gegen die Eingangsscheibe 2 drückt. Demzufolge wird das von der Eingangswellenseite 15 an die Eingangsscheibe 2 über die Andrückvorrichtung 9 übertragene Drehmoment beinahe Null.
Andererseits wird ein Teil des an das Ringrad 42 der Planetengetriebevorrichtung 37 über die zweite Leistungsübertragungsvorrichtung 43 übertragene Drehmoment vom Planetenradsatz 48, 48 an die Ausgangsscheibe 4 über den Träger 39 und die erste Leistungsübertragungsvorrichtung 41 übertragen. Das auf diese Weise auf die Seite der Ausgangsscheibe 4 auf das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe 34 wirkende Drehmo­ ment wird kleiner, wenn sich das Übersetzungsverhältnis des stufenlos verstellbaren To­ roidgetriebes 34 in Richtung einer Drehzahlverringerung ändert, um das Übersetzungs­ verhältnis der gesamten stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung in Richtung einer Drehzahlerhöhung zu ändern. Als Ergebnis kann das in das stufenlos verstellbare Toro­ idgetriebe 34 während des Betriebs mit hohen Drehzahlen eingeleitete Drehmoment verkleinert werden, um dadurch die Lebensdauer der Bauteile dieses stufenlos verstell­ baren Toroidgetriebes 34 zu verbessern.
Wenn sich des weiteren die Ausgangswelle 36 umgekehrt drehen soll, um das Fahrzeug rückwärts fahren zu lassen, wird die Kupplung 52 für die niedrigen Drehzahlen und die Kupplung 67 für die hohen Drehzahlen ausgerückt und die Kupplung 82 zum Rück­ wärtsfahren wird eingerückt. Auf diese Weise wird das Ringrad 42 festgestellt und die Planetenradsätze 48, 48 drehen sich um das Sonnenrad 38, während sie mit dem Rin­ grad 42 und dem Sonnenrad 38 kämmen. Daher drehen sich das Sonnenrad 38 und die Ausgangswelle 36, mit der das Sonnenrad 38 verbunden ist, in eine Richtung entgegen­ gesetzt zu der Richtung beim oben beschriebenen Betrieb mit hohen Drehzahlen und beim oben beschriebenen Betrieb mit niedrigen Drehzahlen.
Die Fig. 4 zeigt ein Beispiel des Zustands, bei dem das Übersetzungsverhältnis (icvt) des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes 34, das in dieses stufenlos verstellbare To­ roidgetriebe 34 eingeleitete Eingangsmoment (Tin) und das von der Ausgangswelle 36 der stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung abgenommene Ausgangsmoment (TS) sich ändern, wenn sich das Übersetzungsverhältnis (itotal) der gesamten stufenlos ver­ stellbaren Getriebevorrichtung stufenlos ändert. Die Beziehungen zwischen diesen Übersetzungsverhältnissen (itotal) und (icvt) und des Drehmoments (Tin) und des Dreh­ moments (TS) ändern sich in Abhängigkeit vom Betrag der Drehzahländerung des stu­ fenlos verstellbaren Toroidgetriebes, vom Aufbau und dem Verhältnis der Zähnezahlen der Planetengetriebevorrichtung 37 und dem Untersetzungsverhältnis der zweiten Lei­ stungsübertragungsvorrichtung 43. Beim Bau der vorliegenden Erfindung werden diese Werte und der Aufbau durch die Auslegung bestimmt. Den in der Fig. 4 gezeigten Linien liegen als Bedingungen eine vierfache Änderung der Drehzahl beim stufenlos verstellba­ ren Toroidgetriebe 34 (0,5 bis 2,0) zugrunde und die Planetengetriebevorrichtung 37 war mit Planetenradsätzen 48, 48 versehen, die jeweils ein Paar von Planetenrädern 49a, 49b aufweisen und das Untersetzungsverhältnis der zweiten Leistungsübertragungsvor­ richtung 43 wurde mit ungefähr 2 berechnet. Außerdem wurde zwischen der Kupplung 52 für die niedrigen Drehzahlen und der Kupplung 67 für die hohen Drehzahlen umge­ schaltet, wenn das Übersetzungsverhältnis (itotal) der gesamten stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung 1 betragen hat.
Wenn die stufenlos verstellbare Getriebevorrichtung so ausgelegt wird, daß zwischen der Kupplung 52 für die niedrigen Drehzahlen und der Kupplung 67 für die hohen Dreh­ zahlen immer dann umgeschaltet wird, wenn das Übersetzungsverhältnis (itotal) der ge­ samten stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung 1 beträgt, dann wird zwischen den Kupplungen 52 und 67 oftmals umgeschaltet, wenn das Fahrzeug bei dem obener­ wähnten Übersetzungsverhältnis (itotal) von ungefähr 1 fährt. Eine derartige Situation gibt dem Fahrer nicht nur das Gefühl eines physischen Unwohlseins, sondern hat auch einen negativen Einfluß auf die Lebensdauer dieser Kupplungen 52 und 67. Wenn daher tatsächlich ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe hergestellt werden muß, muß eine sogenannte Hysterese vorgesehen werden, bei der der Zeitpunkt des Umschaltens zwi­ schen den Kupplungen 52 und 67 geändert wird, wenn das obenerwähnte Überset­ zungsverhältnis (itotal) größer und kleiner wird. Der Zeitpunkt des Umschaltens, zu dem der Wert des Übersetzungsverhältnisses (itotal) klein wird (der Wert des Übersetzungs­ verhältnisses ändert sich in der Fig. 4 von links nach rechts), ist beispielsweise als der Zeitpunkt definiert, zu dem der Wert des Übersetzungsverhältnisses kleiner (in der Fig. 4 die rechte Seite) als der Wert beim Zeitpunkt des Umschaltens ist, wenn dieser Wert größer wird (der Wert des Übersetzungsverhältnisses ändert sich von rechts nach links in Fig. 4).
In Fig. 4, die das Ergebnis der Versuchsberechnung unter den oben beschriebenen Be­ dingungen zeigt, repräsentiert die Ordinatenachse das Verhältnis (Tin/Te) (TS/Te) zwi­ schen dem Übersetzungsverhältnis (icvt) des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes 34 und dem Eingangsmoment (Tin) des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes 34 oder des Ausgangsmoments (TS) der stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung und des Mo­ ments (Te), das vom Motor 32 (Fig. 11) an die Eingangswelle 15 übertragen wird, und die Abszissenachse zeigt das Übersetzungsverhältnis (itotal) der gesamten stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung. Da die Drehrichtung der Ausgangsscheibe 4, die im stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe 34 eingebaut ist, umgekehrt zur Drehrichtung der Eingangswelle 15 ist, hat der Wert, der das Übersetzungsverhältnis (icvt) des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes 34 anzeigt, negative Vorzeichen. Die durchgezogene Linie a stellt das Übersetzungsverhältnis (icvt) des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes 34 dar, die gestrichelte Linie b zeigt das Verhältnis (TS/Te) zwischen dem Ausgangsmoment (TS) und dem Moment (Te), das vom Motor 32 an die Eingangswelle 15 übertragen wird, und die strichpunktierte Linie c stellt das Verhältnis (Tin/Te) zwischen dem Eingangsmo­ ment (Tin) und dem Moment (Te) dar, das vom Motor 32 an die Eingangswelle 15 über­ tragen wird. Wie aus der Darstellung der Fig. 4 deutlich hervorgeht, kann bei der erfin­ dungsgemäßen stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung das auf das stufenlos ver­ stellbare Toroidgetriebe 34 während des Betriebs mit hohen Drehzahlen wirkende Drehmoment verkleinert werden. Unter den Bedingungen, unter denen die Fig. 4 erhal­ ten wurde, kann das Eingangsmoment (Tin) auf maximal ca. 14% des Drehmoments (Te) verringert werden, das vom Motor 32 an die Eingangswelle 15 übertragen wird. Durch Änderung dieser Bedingungen ist es weiter möglich, das Eingangsmoment (Tin) auf die Größenordnung von 10% zu verringern.
Der Wirkungsgrad der Übertragung des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes 34 be­ trägt etwas weniger als 90%, aber während des Betriebs mit hohen Drehzahlen wird der größte Anteil der Antriebsleistung über die Planetengetriebevorrichtung 37 übertragen, deren Wirkungsgrad bei der Übertragung hoch ist (etwa 100%) und daher wird der Wir­ kungsgrad bei der Übertragung bei der gesamten stufenlos verstellbaren Getriebevor­ richtung erhöht. Wenn beispielsweise der Wirkungsgrad des stufenlos verstellbaren To­ roidgetriebes 90% beträgt (die Energieverlust betragen 10%) und der Wirkungsgrad der Planetengetriebevorrichtung 37 100% beträgt und der prozentuale Anteil des Drehmoments, das von der Eingangswelle 15 eingeleitet wird und durch das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe 34 geht, 10% beträgt, dann beträgt der Energieverlust bei diesem stufenlos verstellbaren Getriebe 34 0,1 × 0,1 = 0,01 = 1%. Damit beträgt der Wirkungsgrad der gesamten stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung 100 - 1 = 99(%).
Außerdem ist bei der erfindungsgemäßen, stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe 34 koaxial zur Eingangswelle 15 angeordnet und die Mittenwelle der Planetengetriebevorrichtung 37 ist schräg oberhalb der Ein­ gangswelle 15 angeordnet. Daher kann jedes Bauteil effizient angeordnet werden, um dadurch eine kompakte und leichtgewichtige Bauweise der stufenlos verstellbaren Ge­ triebevorrichtung zu erreichen. Dies bedeutet, daß die Eingangswelle 15, die die Mitten­ welle des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes 34 darstellt, dessen Querschnittsfläche bezüglich einer senkrechten Fläche in Richtung senkrecht zur Mittenwelle steigt, und die Ausgangswelle 36, die die Mittenwelle des Planetengetriebes darstellt, in Richtungen angeordnet sind, die voneinander bezüglich der waagerechten Richtung und der senk­ rechten Richtung abweichen. Daher können Breite und Höhe der stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung mit dem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe 34 und der Plane­ tengetriebevorrichtung 37 klein gehalten werden. Außerdem können der Leergang 66 und die Leerlaufwelle 95 oberhalb des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes 34 und seitlich der Planetengetriebevorrichtung 37 angeordnet werden. Das dritte Antriebsrad 89 und das dritte angetriebene Rad 90, die den mit dem Differentialgetriebe 35 verbun­ denen Ausgangsabschnitt bilden, können unterhalb des Endabschnittes der Planeten­ getriebevorrichtung 37 angeordnet werden, und daher kann eine effiziente Raumausnut­ zung erreicht werden.
Außerdem sind der Zylinderblock 93, der die Antriebszylinder 31, 31 enthält, und der Ventilkörper 94, der ein Steuerventil zur Steuerung der Zufuhr und des Ablasses von unter Druck stehendem Öl an und von diesen Antriebszylindern 31, 31 beinhaltet, ober­ halb der Eingangswelle 15 angeordnet, wodurch ebenfalls eine effiziente Raumausnut­ zung erreicht werden kann.
Des weiteren ist die Leerlaufwelle 95, die den Leergang 66 hält, in einer Stellung ange­ ordnet, in der sie sich durch den Grenzabschnitt zwischen dem Zylinderblock 93 und dem Ventilkörper 94 erstreckt. Daher kann, wiederum durch die effiziente Raumausnut­ zung, eine kompakte und leichtgewichtige Bauweise der stufenlos verstellbaren Getrie­ bevorrichtung erreicht werden.
Die vorliegende Erfindung ist aufgebaut und funktioniert wie oben beschrieben und kann daher, trotz eines relativ einfachen, kompakten und leichtgewichtigen Aufbaus, der mit geringen Kosten bewerkstelligt werden kann, die auf die Bauteile des stufenlos verstell­ baren Toroidgetriebes, das in der stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung eingebaut ist, wirkende Last verringern, um dadurch die Lebensdauer der Bauteile zu verbessern. Insbesondere kann durch die optimale Anordnung aller Bauteile eine wirksame Ausnut­ zung des Raums erreicht werden und die Verkleinerung und das leichtere Gewicht der Vorrichtung kann in den Vordergrund gestellt werden. Außerdem kann der Wirkungs­ grad der Übertragung verbessert werden, um dadurch Verbesserungen bei de Antriebs­ leistung und beim Treibstoffverbrauch des Fahrzeugs zu bewirken.
Zweites Ausführungsbeispiel
Wie bereits das erste Ausführungsbeispiel sichert dieses Ausführungsbeispiel die Le­ bensdauer des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes und erreicht eine kompaktere Bauweise und ein geringeres Gewicht der gesamten stufenlos verstellbaren Getriebe­ vorrichtung. Dieses Ausführungsbeispiel kann einen Aufbau verwirklichen, bei dem das durch das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe übertragene Drehmoment während des Betriebs mit hoher Drehzahl verringert wird, und der darüber hinaus kompakt und leicht­ gewichtig ist, indem einfach eine Planetengetriebevorrichtung vorgesehen wird.
Fig. 5 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die stufenlos verstellbare Getriebevorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist mit einer Eingangswelle 127 versehen, die mit der Antriebswelle 116 (Kurbelwelle) eines Motors 115 verbunden ist, der eine Antriebsquelle darstellt, und die durch diesen Motor 115 drehbar angetrieben ist. Eine Anlaufkupplung 128, wie beispielsweise ein Drehmo­ mentwandler, ist zwischen dem eingangsseitigen Endabschnitt (dem linken Endabschnitt in der Fig. 5) der Eingangswelle 127 und dem ausgangsseitigen Endabschnitt (dem rechten Endabschnitt in der Fig. 5) der Antriebswelle 116 in Reihe mit der Antriebswelle 116 und der Eingangswelle 127 vorgesehen. So sind die Antriebswelle 116 und die Ein­ gangswelle 127 konzentrisch zueinander angeordnet. Im Gegensatz dazu ist eine Aus­ gangswelle 119 zur Abgabe der Antriebsleistung, die auf der Drehung der Eingangswelle 127 beruht, parallel zur Eingangswelle 127 eingeordnet. Um die Eingangswelle 127 her­ um ist ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe 117 vorgesehen und um die Aus­ gangswelle 119 ist eine Planetengetriebevorrichtung 120 vorgesehen.
Eine Nockenscheibe 110, die Teil einer Andrückvorrichtung 109 von der Bauart einer Lastnocke ist und zum stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe 117 gehört, ist an demje­ nigen Abschnitt des zwischenliegenden Abschnitts der Eingangswelle 127 gehalten, der sich in Richtung des einen Endes (dem rechten Ende der Fig. 5) befindet und von der Außenseite (der rechten Seite in der Fig. 5) einer Eingangsscheibe 102 vorragt. Eine Keilverzahnung oder ähnliches ist an dem sich in Eingriff befindlichen Abschnitt zwi­ schen der inneren Umfläche der Nockenscheibe 110 und der äußeren Umfläche der Eingangswelle 127 vorgesehen, so daß eine axiale Bewegung der Nockenscheibe 110 relativ zur Eingangswelle 127 stattfinden kann und dennoch die Nockenscheibe 110 synchron zur Eingangswelle 127 gedreht werden kann. Außerdem sind die Eingangs­ scheibe 102 und eine Ausgangsscheibe 104, die Teil des stufenlos verstellbaren Toroid­ getriebes 117 sind, um die Eingangswelle 127 unabhängig drehbar relativ zur Ein­ gangswelle 127 durch nicht gezeigte Lager, wie beispielsweise Nadellager, gehalten. Zwischen einer Nockenfläche 113, die an einer Fläche (der linken Fläche in der Fig. 5) der Nockenscheibe 110 ausgebildet ist, und einer Nockenfläche 14, die an der Außen­ seite der Eingangsscheibe 102 ausgebildet ist, sind Rollkörper 112, 112 sandwichartig angeordnet, um auf diese Weise die Andrückvorrichtung 109 zu bilden. Mit der Drehung der Eingangswelle 127 dreht sich folglich die Eingangsscheibe 102, während sie gleich­ zeitig in Richtung der Ausgangsscheibe 104 gedrückt wird. Außerdem ist eine Lastmut­ ter 129 mit einem Endabschnitt der Eingangswelle 127 verschraubt, der mehr als die Nockenscheibe 110 hervorragt, wodurch eine große Axiallast, die auf die Nockenscheibe 110 während der Andrückvorrichtung 109 wirkt, abstützbar wird. Außerdem ist eine Vor­ spannfeder 130, wie beispielsweise eine Federscheibe zwischen der Nockenscheibe 110 und der Lastmutter 129 angeordnet, um die Andrückvorrichtung 109 und die An­ triebsrollkörper 108, 108, die weiter unten beschrieben werden und die sandwichartig zwischen der Eingangsscheibe 102 und der Ausgangsscheibe 104 angeordnet sind, mit einer Vorspannung zu beaufschlagen.
Zwischen der Innenseite 102a der Eingangsscheibe 102 und der Innenseite 104a der Ausgangsscheibe 104 ist eine Vielzahl (üblicherweise zwei bis drei) von Antriebsrollkör­ pern 108, 108 sandwichartig angeordnet, wobei die Umflächen 108a, 108a dieser An­ triebsrollkörper 108, 108 und die obenerwähnten Innenseiten 102a und 104a in Kontakt miteinander gebracht werden. Diese Antriebsrollkörper 108, 108 sind drehbar und schwenkbar durch Auflager 106, 106 und verschiebliche Wellen 107, 107 (vgl. Fig. 6 und 7, nicht in der Fig. 5 dargestellt) gelagert. Das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe 117 ändert, wie schon das herkömmliche stufenlos verstellbare Toroidgetriebe, das Überset­ zungsverhältnis zwischen der Eingangsscheibe 102 und der Ausgangsscheibe 104 durch eine Schwenkbewegung der Auflager 106, 106, um auf diese Weise den Nei­ gungswinkel der verschieblichen Wellen 107, 107 zu ändern, die die Antriebsrollkörper 108, 108 halten.
Außerdem ist ein Sonnenrad 121, das Teil der Planetengetriebevorrichtung 120 ist, am zwischenliegenden Abschnitt der Ausgangswellen 119 befestigt. Folglich dreht sich die­ se Ausgangswelle 119 mit der Drehung des Sonnenrades 121. Um dieses Sonnenrad 121 ist ein Ringrad 124 konzentrisch zum Sonnenrad 121 drehbar gelagert. Eine Viel­ zahl (üblicherweise drei bis vier) von Planetenradsätzen 131, 131 sind zwischen der in­ neren Umfläche des Ringrades 124 und der äußeren Umfläche des Sonnenrades 121 vorgesehen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt ein jeder dieser Planeten­ radsätze 131, 131 eine Kombination von einem Paar von Planetenrädern 132a, 132b. Ein jedes Paar von Planetenrädern 132a, 132b kämmt miteinander, das an der Außen­ durchmesserseite angeordnete Planetenrad 132a wird in kämmenden Eingriff mit dem Ringrad 124 gebracht und das an der Innendurchmesserseite angeordnete Planetenrad 132b wird in kämmenden Eingriff mit dem Sonnenrad 121 gebracht. Um die Drehrich­ tungen des Ringrades 124 und des Sonnenrades 121 miteinander in Übereinstimmung zu bringen, wie oben beschrieben wurde, ist jeder Planetenradsatz 131, 131 aus einem Paar von Planetenrädern 132a, 132b aufgebaut. Wenn es folglich aufgrund der Bezie­ hung zu den anderen Bauteilen nicht notwendig ist, daß die Drehrichtungen des Ringra­ des 124 und des Sonnenrades 121 miteinander übereinstimmen, kann ein einzelnes Planetenrad in kämmenden Eingriff mit sowohl dem Ringrad 124 als auch dem Sonnen­ rad 121 gebracht werden.
Die Planetenradsätze 131, 131, wie sie oben beschrieben sind, sind drehbar an einer Seite (der linken Seite in Fig. 5) eines Trägers 122 durch Schwenkwellen 133a und 133b parallel zur Ausgangswelle 119 gehalten. Außerdem ist der Träger 122 drehbar am zwi­ schenliegenden Abschnitt der Ausgangswelle 119 mittels eines Lagers, nicht gezeigt, wie beispielsweise eines Nadellagers, gehalten.
Des weiteren sind der Träger 122 und die Ausgangsscheibe 104 derart miteinander ver­ bunden, daß sie eine Drehkraft durch eine erste Leistungsübertragungsvorrichtung 123 übertragen können. Diese erste Leistungsübertragungsvorrichtung 123 umfaßt erste und zweite Ritzel 134 und 135 und eine Kette 136, die über diese beiden Ritzel 134 und 135 geführt ist. Das erste Ritzel 134 ist an einer Hülse 137 befestigt, mit der die Ausgangs­ scheibe 104 verbunden und festgemacht ist, und ist zusammen mit der Ausgangsschei­ be 104 drehbar. Das zweite Ritzel 135 ist am Träger 122 befestigt. Folglich dreht sich dieser Träger 122 in die gleiche Richtung wie die Ausgangsscheibe 104 zusammen mit der Drehung der Ausgangsscheibe 104 mit einer Drehzahl, die dem Verhältnis der Zäh­ nezahlen des ersten und zweiten Ritzels 134 und 135 entspricht. Die Hülse 137 ist aus­ schließlich drehbar durch ein Paar von Rollenlagern 140, 140, wie beispielsweise Schrägkugellager, die eine Radiallast und eine Axiallast aufnehmen können, innerhalb eines Gehäuses gelagert, in dem die stufenlos verstellbare Getriebevorrichtung aufge­ nommen ist.
Andererseits können die Eingangswelle 127 und das Ringrad 124 miteinander derart verbunden sein, daß sie die Drehkraft über eine zweite Leistungsübertragungsvorrich­ tung 125 übertragen können. Diese zweite Leistungsübertragungsvorrichtung 125 be­ steht aus ersten und zweiten Zahnrädern 138 und 139, die miteinander kämmen. Das erste Zahnrad 138 ist auf demjenigen Abschnitt der Eingangswelle 127 befestigt, wel­ ches sich in Richtung des eingangsseitigen Endes des zwischenliegenden Abschnittes desselben in einer Lage axial entgegengesetzt zur ersten Leistungsübertragungsvor­ richtung 123 bezüglich des Rollenlagerpaars 140, 140 befindet. Außerdem ist das zweite Zahnrad 139 konzentrisch mit dem Ringrad 124 zur unabhängigen Drehung bezüglich dieses Ringrades 124 gelagert. Ein derartiges zweites Zahnrad 139 dreht sich in entge­ gengesetzter Richtung zur Drehrichtung der Eingangswelle 127 mit der Drehung dieser Eingangswelle 127 mit einer Drehzahl, die dem Verhältnis der Zähnezahlen der ersten und zweiten Zahnräder 138 und 139 entspricht. Das Verhältnis β/α zwischen dem Un­ tersetzungsverhältnis α der ersten Leistungsübertragungsvorrichtung 123 und dem Un­ tersetzungsverhältnis β der zweiten Leistungsübertragungsvorrichtung 125 ist im we­ sentlichen gleich dem Untersetzungsverhältnis iH des stufenlos verstellbaren Toroidge­ triebes 117 während der maximalen Drehzahlerhöhung desselben (ein Untersetzungs­ verhältnis von beispielsweise ungefähr 0,5 zwischen der Eingangsscheibe 102 und der Ausgangsscheibe 104 in dem in der Fig. 4 gezeigten Zustand). Wenn beispielsweise α = 1 gilt, so ist β ≃ iH. Dies dient dazu, während des Umschaltens von der Betriebsart mit niedrigen Drehzahlen zur Betriebsart mit hohen Drehzahlen, was weiter unten be­ schrieben wird, zu verhindern, daß das Übersetzungsverhältnis der gesamten stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung ungleichmäßig wird.
Außerdem ist die stufenlos verstellbare Getriebevorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer Umschaltvorrichtung zum Umschalten dreier Betriebsar­ ten ausgestattet, d. h. der Betriebsart für hohe Drehzahlen, der Betriebsart für niedrige Drehzahlen und der Betriebsart zum Rückwärtsfahren. Beim dargestellten Ausführungs­ beispiel umfaßt die Umschaltvorrichtung drei Kupplungen, d. h. eine Kupplung 141 für hohe Drehzahlen, welche eine erste Kupplung darstellt, eine Kupplung 142 für niedrige Drehzahlen, welche eine zweite Kupplung darstellt, und eine Kupplung 143 zum Rück­ wärtsfahren. Diese drei Kupplungen 141, 142 und 143 sind derart ausgebildet, wie im folgenden beschrieben wird, daß nur eine von ihnen eingerückt und die anderen beiden Kupplungen in Abhängigkeit von der einzustellenden Betriebsart ausgerückt sind. Die Kupplung 141 für die hohen Drehzahlen ist zwischen dem zweiten Zahnrad 139 und dem Ringrad 124, das Teil der zweiten Leistungsübertragungsvorrichtung 125 ist, vor­ gesehen und dreht während des Einrückens das zweite Zahnrad 139 und das Ringrad 124 synchron zueinander.
Außerdem verhindert die Kupplung 142 für die niedrigen Drehzahlen, während sie einge­ rückt ist, daß die Zahnräder 121, 124, 132a und 132b, die die Planetengetriebevorrich­ tung 120 bilden, relativ zueinander verschoben werden, und dreht den Träger 122 und das Sonnenrad 121 synchron zueinander. Zu diesem Zweck ist die Kupplung 142 für die niedrigen Drehzahlen in einer Lage vorgesehen, in der sie beim Einrücken die relative Verschiebung der Bauteile der Planetengetriebevorri 15538 00070 552 001000280000000200012000285911542700040 0002019935991 00004 15419chtung 120 verhindern kann. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kupplung 142 für die niedrigen Gänge zwi­ schen dem Träger 122 und dem Ringrad 124 angeordnet. Eine derartige Kupplung 142 für die niedrigen Drehzahlen verhindert während des Einrückens die relative Verschie­ bung des Sonnenrades 121, des Ringrades 124 und der Planetenradsätze 131, 131, die die Planetengetriebevorrichtung 120 bilden, und verbindet das Sonnenrad 121, das Rin­ grad 124 und den Träger 122, der die Planetenradsätze 131, 131 trägt, einstückig mit­ einander. Die Kupplung 141 für die hohen Drehzahlen und die Kupplung 142 für die niedrigen Drehzahlen bilden zusammen einen Steuerkreis (Öldruck und Elektrizität), so daß beim Einrücken einer von beiden die andere Kupplung ausgerückt werden kann. Die Kupplung 142 für die niedrigen Drehzahlen kann irgendeine Kupplung sein, die, wie oben beschrieben, beim Einrücken die relative Verschiebung des Sonnenrades 121, des Ringrades 124 und der Planetenradsätze 131, 131 verhindern kann, und die nicht nur in dem Bereich angeordnet sein kann wie gezeigt, sondern auch zwischen dem Sonnenrad 121 und dem Ringrad 124 oder zwischen dem Sonnenrad 121 und dem Träger 122.
Außerdem ist die Kupplung 143 zum Rückwärtsfahren beim dargestellten Ausführungs­ beispiel zwischen dem Ringrad 124 und einem festen Abschnitt, wie beispielsweise dem Gehäuse der stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung angeordnet. Diese Kupplung 143 zum Rückwärtsfahren ist vorgesehen, um die Ausgangswelle 119 in entgegenge­ setzter Richtung zu drehen und das Fahrzeug rückwärts zu fahren. Diese Kupplung 143 zum Rückwärtsfahren wird in einem Zustand ausgerückt, in dem die Kupplung 142 für die niedrigen Drehzahlen oder die Kupplung 141 für die hohen Drehzahlen eingerückt ist. Außerdem sind in einem Zustand, in dem die Kupplung 143 zum Rückwärtsfahren eingerückt ist, sowohl die Kupplung 142 für die niedrigen Drehzahlen als auch die Kupplung 141 für die hohen Drehzahlen ausgerückt. Damit sind die anderen drei Kupp­ lungen 141, 142 und 143 neben der Anlaufkupplung 128 derart ausgebildet, daß beim Einrücken einer von ihnen die restlichen beiden Kupplungen ausgerückt sind.
Des weiteren sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel die Ausgangswelle 119 und das Differentialgetriebe 118 durch eine dritte Leistungsübertragungsvorrichtung 146 mit­ einander verbunden, die ein drittes Zahnrad 145 aufweist, das am Endabschnitt der Ausgangswelle 119 befestigt ist. Wenn folglich die Ausgangswelle 119 sich dreht, wird ein Paar von linken und rechten Antriebsachsen 147 und 147 über die dritte Leistungs­ übertragungsvorrichtung 146 gedreht und das Differentialgetriebe 144 treibt drehend die Antriebsräder des Fahrzeugs an.
Die Wirkung der stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, ist wie folgt. Zunächst wird während des Betriebs mit niedrigen Drehzah­ len die Kupplung 142 für die niedrigen Drehzahlen eingerückt und die Kupplung 141 für die hohen Drehzahlen und die Kupplung 143 zum Rückwärtsfahren sind ausgerückt. Wenn in diesem Zustand die Anlaufkupplung 128 eingerückt wird, um dadurch die Ein­ gangswelle 127 zu drehen, überträgt nur das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe 117 die Antriebsleistung von der Eingangswelle 127 an die Ausgangswelle 119. Also sind bei eingerückter Kupplung 142 für die niedrigen Drehzahlen das Ringrad 124 und der Trä­ ger 142 einstückig miteinander verbunden und die Relativdrehung der Räder 121, 124, 132a und 132b, die die Planetengetriebevorrichtung 120 bilden, wird unmöglich. Außer­ dem sind die Kupplung 141 für die hohen Drehzahlen und die Kupplung 143 zum Rück­ wärtsfahren ausgerückt, wodurch das Ringrad 124 unabhängig von der Drehzahl der Eingangswelle 127 drehbar wird.
Wenn sich demgemäß in diesem Zustand die Eingangswelle 127 dreht, wird diese Dre­ hung an die Eingangswelle 102 durch die Andrückvorrichtung 109 übertragen und wird weiter an die Ausgangsscheibe 104 über die Vielzahl von Antriebsrollkörpern 108, 108 übertragen. Des weiteren wird die Drehung dieser Ausgangsscheibe 104 an den Träger 122 und das Ringrad 124 über die ersten und zweiten Ritzel 134 und 135 und die Kette 136, die zusammen die erste Leistungsübertragungsvorrichtung 123 bilden, übertragen. Wie oben beschrieben ist in diesem Zustand die relative Drehung der Zahnräder 121, 124, 132a und 132b, die die Planetengetriebevorrichtung 120 bilden, unmöglich und da­ her dreht sich die Ausgangswelle 119 mit derselben Drehzahl wie die Träger 122 und das Ringrad 124.
Die Funktion bei der Änderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen den Eingangs- und Ausgangsscheiben 102 und 104 während eines derartigen Betriebs mit niedrigen Drehzahlen entspricht der des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes aus dem Stand der Technik, wie es in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist. Natürlich ist in diesem Zustand das Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangswelle 127 und der Ausgangswelle 119, d. h. das Übersetzungsverhältnis der gesamten stufenlos verstellbaren Getriebevorrich­ tung, proportional zum Übersetzungsverhältnis des stufenlos verstellbaren Toroidgetrie­ bes 117. Außerdem ist in diesem Zustand das dem stufenlos verstellbaren Toroidgetrie­ be 117 zugeleitete Drehmoment gleich dem auf die Eingangswelle 127 wirkenden Drehmoment. Während des Betriebs mit niedrigen Drehzahlen drehen sich die ersten und zweiten Zahnräder 138 und 139, die die zweite Leistungsübertragungsvorrichtung 125 bilden, nur im Leerlauf.
Im Gegensatz dazu ist im Betrieb mit hohen Drehzahlen die Kupplung 141 für die hohen Drehzahlen eingerückt und die Kupplung 142 für die niedrigen Drehzahlen und die Kupplung 143 zum Rückwärtsfahren sind ausgerückt. Wenn in diesem Zustand die An­ laufkupplung 128 eingerückt wird, um dadurch die Eingangswelle 127 zu drehen, über­ tragen die ersten und zweiten Zahnräder 138 und 139, die die zweite Leistungsübertra­ gungsvorrichtung 125 bilden, und die Planetengetriebevorrichtung 120 die Antriebslei­ stung von der Eingangswelle 127 an die Ausgangswelle 119.
Wenn sich also die Eingangswelle 127 während des Betriebs mit hohen Drehzahlen dreht, wird diese Drehung an das Ringrad 124 über die zweite Leistungsübertragungs­ vorrichtung 125 und die Kupplung 141 für die hohen Drehzahlen übertragen, um da­ durch das Ringrad 124 zu drehen. Die Drehung dieses Ringrades 124 wird an das Son­ nenrad 121 über die Vielzahl von Planetenradsätzen 131, 131 übertragen, um dadurch die Ausgangswelle 119 zu drehen, an der das Sonnenrad 121 befestigt ist. Wenn das Ringrad 124 zur Eingangsseite geworden ist, unter der Annahme, daß die Planeten­ radsätze 131, 131 festgehalten sind (sie laufen nicht um das Sonnenrad 121), bewirkt die Planetengetriebevorrichtung 120 eine Drehzahlerhöhung bei einem Übersetzungs­ verhältnis, das dem Verhältnis zwischen den Zähnezahlen des Ringrades 124 und dem Sonnenrad 121 entspricht. Die Planetenradsätze 131, 131 laufen jedoch um das Son­ nenrad 121 um und das Übersetzungsverhältnis der gesamten stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung ändert sich in Abhängigkeit mit der Drehzahl der Planetenradsätze 131, 131. Wenn so das Übersetzungsverhältnis des stufenlos verstellbaren Toroidge­ triebes 117 geändert wird, um dadurch die Drehzahl der Planetenradsätze 131, 131 zu ändern, kann das Übersetzungsverhältnis der gesamten stufenlos verstellbaren Getrie­ bevorrichtung eingestellt werden.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel laufen also während des Betriebs mit hohen Drehzahlen die Planetenradsätze 131, 131 in der gleichen Richtung wie das Ringrad 124 um. Je niedriger die Umlaufgeschwindigkeit dieser Planetenradsätze 131, 131 ist, desto höher wird die Drehzahl der Ausgangswelle 119, an der das Sonnenrad 121 befe­ stigt ist. Wenn beispielsweise die Umlaufgeschwindigkeit und die Drehzahl des Ringra­ des 124 (beides sind Winkelgeschwindigkeiten) einander gleich werden, dann werden die Drehzahl des Ringrades 124 und die Drehzahl der Ausgangswelle 119 einander gleich. Wenn im Gegensatz dazu die Umlaufgeschwindigkeit niedriger als die Drehzahl des Ringrades 124 ist, wird die Drehzahl der Ausgangswelle 119 größer als die Drehzahl des Ringrades 124. Wenn umgekehrt die Umlaufgeschwindigkeit größer als die Dreh­ zahl des Ringrades 124 ist, wird die Drehzahl der Ausgangswelle 119 kleiner als die Drehzahl des Ringrades 124.
Folglich wird während des Betriebs mit hoher Drehzahl das Übersetzungsverhältnis der gesamten stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung um so mehr in Richtung einer Drehzahlerhöhung geändert, je mehr das Übersetzungsverhältnis des stufenlos verstell­ baren Toroidgetriebes 117 in Richtung einer Drehzahlverringerung verändert wird. In ei­ nem derartigen Zustand während des Betriebs mit hohen Drehzahlen wirkt das Drehmoment nicht von der Seite der Eingangsscheibe 102, sondern von der Seite der Ausgangsscheibe 104 auf das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe 117 (wenn das im Betrieb mit niedrigen Drehzahlen wirkende Drehmoment ein positives Drehmoment ist, dann wirkt ein negatives Drehmoment). Dies bedeutet, daß in einem Zustand, in dem die Kupplung 141 für die hohen Drehzahlen eingerückt ist, das vom Motor 115 an die Eingangswelle 127 übertragene Drehmoment über die zweite Leistungsübertragungsvor­ richtung 125 an das Ringrad 124 der Planetengetriebevorrichtung 120 übertragen wird, bevor die Andrückvorrichtung 109 gegen die Eingangsscheibe 102 drückt. Entsprechend wird das von der Seite der Eingangswelle 127 an die Eingangsscheibe 102 über die An­ drückvorrichtung 109 übertragene Drehmoment beinahe Null.
Andererseits wird ein Teil des an das Ringrad 124 der Planetengetriebevorrichtung 120 über die zweite Leistungsübertragungsvorrichtung 125 übertragene Drehmoment von den Planetenradsätzen 131, 131 an die Ausgangsscheibe 104 über den Träger 122 und die erste Leistungsübertragungsvorrichtung 123 übertragen. Das auf diese Weise von der Seite der Ausgangsscheibe 104 auf das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe 117 wirkende Drehmoment wird kleiner, wenn das Übersetzungsverhältnis des stufenlos ver­ stellbaren Toroidgetriebes 117 in Richtung einer Drehzahlverringerung verändert wird, um das Übersetzungsverhältnis der gesamten stufenlos verstellbaren Getriebevorrich­ tung in Richtung einer Drehzahlerhöhung zu ändern. Als Ergebnis kann das dem stu­ fenlos verstellbaren Toroidgetriebe 117 eingeleitete Drehmoment während des Betriebs mit hohen Drehzahlen verkleinert werden, um dadurch die Lebensdauer der Bestand­ teile dieses stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes 117 zu verbessern.
Wenn weiter im Aufbau der Fig. 5 die Ausgangswelle 119 sich umgekehrt dreht, um eine Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs zu bewirken, sind die Kupplung 141 für die niedrigen Drehzahlen und die Kupplung 142 für die hohen Drehzahlen ausgerückt und die Kupp­ lung 143 zum Rückwärtsfahren ist eingerückt. Als Ergebnis wird das Ringrad 124 fest­ gestellt und die Planetenradsätze 131, 131 laufen um das Sonnenrad 121 um, während sie mit dem Rindrad 124 und dem Sonnenrad 121 kämmen. Als Ergebnis drehen sich das Sonnenrad 121 und die Ausgangswelle 119, an der das Sonnenrad 121 befestigt ist, in entgegengesetzt zur Richtung zum oben beschriebenen Betrieb mit hohen Drehzah­ len und zum oben beschriebenen Betrieb mit niedrigen Drehzahlen.
Anhand der Fig. 4 kann man wieder erkennen, daß beim vorliegenden Ausführungsbei­ spiel, wie beim ersten Ausführungsbeispiel der Wirkungsgrad der Übertragung der ge­ samten stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung bis zu 99% betragen kann.
Des weiteren ist die Lastmutter 129 an einem Endabschnitt der Eingangswelle 127 an­ geordnet und daher kann das Festziehen dieser Lastmutter 129 einfach bewerkstelligt werden. Außerdem kann der Zustand der Anordnung der Rollkörper 112, 112, die Teil der Andrückvorrichtung 109 sind und angrenzend an die Lastmutter 129 angeordnet sind, überprüft werden, wenn diese Lastmutter 129 eingeschraubt und festgezogen wird. Folglich kann der richtige Zusammenbau der stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung einfach bewerkstelligt werden.
Die vorliegende Erfindung ist aufgebaut und funktioniert wie oben beschrieben. Daher kann trotz eines relativ einfachen, kompakten und leichtgewichtigen Aufbaus, der mit niedrigen Kosten stattfinden kann, die auf die Bestandteile des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes, das bei der stufenlos verstellbaren Getriebevorrichtung eingebaut ist, wirkenden Last abgeschwächt werden, um dadurch die Lebensdauer der Vorrichtung zu erhöhen. Insbesondere muß die Drehwelle des Abschnittes der Planetengetriebevor­ richtung nicht länger als notwendig gefertigt werden und die Verkleinerung der Baugröße und das leichtere Gewicht können stärker in den Vordergrund gerückt werden. Außer­ dem kann der Wirkungsgrad der Übertragung erhöht werden, um dadurch die Ausbeute an Antriebsleistung und den Treibstoffverbrauch des Fahrzeugs zu verbessern.

Claims (10)

1. Stufenlos verstellbare Getriebevorrichtung mit einer Eingangswelle, die mit einer Antriebsquelle verbunden ist, mit einer Ausgangswelle, die mit einem angetriebe­ nem Abschnitt verbunden ist, mit einem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe zur Änderung des Neigungswinkels einer Vielzahl von Antriebsrollkörpern, die zwi­ schen einer Eingangsscheibe und einer Ausgangsscheibe sandwichartig angeord­ net sind, um dadurch das Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangsscheibe und der Ausgangsscheibe zu ändern, mit einer Planetengetriebevorrichtung, mit einem Paar von Leistungsübertragungsvorrichtungen zur Verbindung des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes und der Planetengetriebevorrichtung miteinander und mit einer Umschaltvorrichtung, durch die der Übertragungszustand zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle in drei Betriebsarten schaltbar ist, d. h. einer Betriebsart für hohe Drehzahlen, einer Betriebsart für niedrige Drehzahlen und einer Betriebsart zum Rückwärtsfahren, wobei in der Betriebsart für niedrige Drehzahlen die Antriebsleistung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangs­ welle vollständig durch das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe übertragen ist, und in der Betriebsart für hohe Drehzahlen die Antriebsleistung durch die Plane­ tengetriebevorrichtung übertragen ist und ein Teil der Antriebsleistung durch die Planetengetriebevorrichtung an das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe geleitet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe koa­ xial zur Eingangswelle angeordnet ist und daß die Mittenwelle der Planetengetrie­ bevorrichtung schräg oberhalb der Eingangswelle angeordnet ist.
2. Stufenlos verstellbare Getriebevorrichtung mit einer Eingangswelle, die drehbar durch eine Antriebswelle angetrieben ist, mit einer Ausgangswelle zur Abgabe ei­ ner Antriebsleistung, die auf der Drehung der Eingangswelle basiert, mit einem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe, mit einer Planetengetriebevorrichtung, wo­ bei das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe ausgestaltet ist, den Neigungswinkel von Antriebsrollkörpern zu ändern, die zwischen einer Eingangsscheibe und einer Ausgangsscheibe, die konzentrisch zueinander angeordnet sind, sandwichartig angeordnet sind, um dadurch das Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangs­ scheibe, die basierend auf der Drehung der Eingangswelle gedreht ist, und der Ausgangsscheibe zu ändern, wobei ferner die Planetengetriebevorrichtung ein Planetenrad umfaßt, das zwischen einem Sonnenrad zur Drehung der Ausgangs­ welle und einem Ringrad, das um das Sonnenrad angeordnet ist und drehbar auf einem Träger gelagert ist, der wiederum konzentrisch zum Sonnenrad drehbar gelagert ist, angeordnet ist, wobei sich das Planetenrad in kämmenden Eingriff mit dem Sonnenrad und dem Ringrad befindet, wobei der Träger und die Ausgangs­ scheibe derart miteinander verbunden sind, daß sie eine Drehkraft durch eine er­ ste Leistungsübertragungsvorrichtung übertragen können, wobei die Eingangs­ welle und das Ringrad derart miteinander verbunden werden können, daß sie die Drehkraft über eine zweite Leistungsübertragungsvorrichtung übertragen können, und mit einer Umschaltvorrichtung, durch die ein Umschalten des Übertragungs­ zustands zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle in drei Betriebsarten möglich ist, d. h. einer Betriebsart für hohe Drehzahlen, einer Betriebsart für niedri­ ge Drehzahlen und einer Betriebsart zum Rückwärtsfahren, wobei das Verhältnis β/α zwischen dem Untersetzungsverhältnis α der ersten Leistungsübertragungs­ vorrichtung und dem Untersetzungsverhältnis β der zweiten Leistungsübertra­ gungsvorrichtung im wesentlichen gleich dem Untersetzungsverhältnis iH des stu­ fenlos verstellbaren Toroidgetriebes während dessen maximaler Drehzahlerhö­ hung ist, wobei das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe koaxial zur Eingangswelle angeordnet ist und die Mittenwelle der Planetengetriebevorrichtung schräg ober­ halb der Eingangswelle angeordnet ist.
3. Stufenlos verstellbare Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei ein Zylinderblock, in dem ein Antriebszylinder zur Änderung des Überset­ zungsverhältnisses des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes aufgenommen ist, und ein Ventilkörper, in dem ein Steuerventil zur Steuerung der Zufuhr und des Ablasses von Öldruck an und von dem Antriebszylinder aufgenommen ist, ober­ halb der Eingangswelle angeordnet sind.
4. Stufenlos verstellbare Getriebevorrichtung nach Anspruch 3, wobei ein Leergang am zwischenliegenden Abschnitt der ersten Leistungsübertragungsvorrichtung oder der zweiten Leistungsübertragungsvorrichtung angeordnet ist, und eine Leer­ laufwelle, auf der der Leergang gehalten ist, in einer Lage angeordnet ist, in der sie sich durch einen Abschnitt zumindest des Zylinderblocks oder des Ventilkörpers erstreckt.
5. Stufenlos verstellbare Getriebevorrichtung mit einer Eingangswelle, mit einer Aus­ gangswelle, mit einem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe der Bauart mit einfa­ chem Hohlraum zur Änderung des Neigungswinkels einer Vielzahl von Antriebs­ rollkörpern, die zwischen einer Eingangsscheibe und einer Ausgangsscheibe sandwichartig angeordnet sind, um dadurch das Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangsscheibe und der Ausgangsscheibe zu ändern, mit einer Planetenge­ triebevorrichtung, mit einem Paar von Leistungsübertragungsvorrichtungen zur Verbindung des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes und der Planetengetriebe­ vorrichtung miteinander, und mit einer Umschaltvorrichtung, durch die der Übertra­ gungszustand zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle in drei Be­ triebsarten umschaltbar ist, d. h. einer Betriebsart für die hohen Drehzahlen, einer Betriebsart für die niedrigen Drehzahlen und einer Betriebsart zum Rückwärtsfah­ ren, wobei bei der Betriebsart für die niedrigen Drehzahlen die Antriebsleistung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle vollständig durch das stufen­ los verstellbare Toroidgetriebe übertragen ist und in der Betriebsart für die hohen Drehzahlen die Antriebsleistung durch die Planetengetriebevorrichtung übertragen ist und ein Teil der Antriebsleistung durch die Planetengetriebevorrichtung dem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe zugeleitet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsscheibe und die Ausgangsscheibe des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes konzentrisch zu einer Antriebswelle und der Eingangswelle ange­ ordnet sind, und daß das Paar von Leistungsübertragungsvorrichtungen beide an der Seite der Ausgangsscheibe angeordnet sind.
6. Stufenlos verstellbare Getriebevorrichtung mit einer Eingangswelle, die drehbar durch eine Antriebswelle angetrieben ist, mit einer Ausgangswelle zur Abgabe ei­ ner Antriebsleistung, die auf der Drehung der Eingangswelle basiert, mit einem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe, mit einer Planetengetriebevorrichtung, wo­ bei das stufenlos verstellbare Toroidgetriebe ausgebildet ist, den Neigungswinkel von Antriebsrollkörpern zu ändern, die zwischen einer Eingangsscheibe und einer Ausgangsscheibe sandwichartig angeordnet sind, die beide konzentrisch zueinan­ der angeordnet sind, um dadurch das Übersetzungsverhältnis zwischen der Ein­ gangsscheibe, die basierend auf der Drehung der Eingangswelle gedreht wird, und der Ausgangsscheibe zu ändern, wobei die Planetengetriebevorrichtung ein Pla­ netenrad aufweist, das zwischen einem Sonnenrad zur Drehung der Ausgangs­ welle und einem Ringrad angeordnet ist, das um das Sonnenrad angeordnet ist, und das drehbar an einem Träger gehalten ist, der wiederum drehbar und konzen­ trisch zum Sonnenrad gehalten ist, wobei das Planetenrad sich im kämmenden Eingriff mit dem Sonnenrad und dem Ringrad befindet und wobei der Träger und die Ausgangsscheibe derart miteinander verbunden sind, daß sie eine Drehkraft durch eine erste Leistungsübertragungsvorrichtung übertragen können, die an der Seite der Ausgangsscheibe vorgesehen ist, wobei die Eingangswelle und das Rin­ grad derart miteinander verbindbar sind, daß sie die Drehkraft durch eine zweite Leistungsübertragungsvorrichtung übertragen können, die an der Seite der Aus­ gangsscheibe vorgesehen ist, mit einer ersten Kupplung zur Verbindung der Bau­ teile der zweiten Leistungsübertragungsvorrichtung und des Ringrades miteinan­ der, und mit einer zweiten Kupplung zum Kuppeln von Zweien aus Sonnenrad, Ringrad und Planetenrad, die zusammen die Planetengetriebevorrichtung bilden, und zur Verhinderung der Relativverschiebung der drei Räder, wobei das Verhält­ nis β/α zwischen dem Untersetzungsverhältnis α der Leistungsübertragungsvor­ richtung und dem Untersetzungsverhältnis β der zweiten Leistungsübertragungs­ vorrichtung im wesentlichen gleich dem Untersetzungsverhältnis iH des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes während dessen maximaler Drehzahlerhöhung ist.
7. Stufenlos verstellbare Getriebevorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Eingangs­ scheibe und die Ausgangsscheibe des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes konzentrisch zur Antriebswelle und zur Eingangswelle angeordnet sind.
8. Stufenlos verstellbare Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wo­ bei die Ausgangsscheibe und die erste und zweite Leistungsübertragungsvorrich­ tung, die Teil des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes sind, an der Seite der Antriebswelle angeordnet sind.
9. Stufenlos verstellbare Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wo­ bei die erste und zweite Leistungsübertragungsvorrichtung an Positionen angeord­ net sind, in der sie ein Rollenlager zur Lagerung der Ausgangsscheibe von axial entgegengesetzten Seiten sandwichartig zwischen sich anordnen.
10. Stufenlos verstellbare Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wo­ bei die Ausgangsscheibe und die erste und zweite Leistungsübertragungsvorrich­ tung, die Teil des stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes sind, an der Seite der Antriebswelle angeordnet sind und die erste und zweite Leistungsübertragungsvor­ richtung an Positionen angeordnet sind, in der sie ein Rollenlager zur Lagerung der Ausgangsscheibe von einander axial gegenüberliegenden Seiten sandwichartig zwischen sich anordnen.
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