DE19940872C2 - Stufenlos verstellbares Toroidgetriebe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe für Fahrzeu­ ge.

Die japanische Patentanmeldung Tokkai Hei 7-158 711 offenbart ein stufenlos verstell­ bares Toroidgetriebe für Fahrzeuge, bei welchem das Verhältnis einer Drehzahl einer Eingangsscheibe relativ zu der Drehzahl einer Ausgangsscheibe, also das Überset­ zungsverhältnis, durch Ändern der Schwenkwinkel von Reibwalzen, welche zwischen der Eingangsscheibe und der Ausgangsscheibe paarweise angeordnet sind, stufenlos geändert wird.

Die Reibwalzen sind jeweils durch Zapfen gelagert. Wenn die Zapfen jeweils durch hyd­ raulische Stellantriebe in einer Axialrichtung verschoben werden, ändern sich die Schwenkwinkel der Reibwalzen entsprechend.

Um die Reibwalzen zwischen der Eingangsscheibe und der Ausgangsscheibe im Getrie­ be zu halten, wirkt eine Schublast auf die Eingangsscheibe und die Ausgangsscheibe. Generell wird die Schublast in Abhängigkeit vom Eingangsdrehmoment durch Belas­ tungsnocken erzeugt.

Ferner ist, da die Belastungsnocken keine Schublast erzeugen, wenn das Eingangs­ drehmoment in das Getriebe Null ist, eine von den Belastungsnocken beabstandete Vor­ belastungsvorrichtung vorgesehen, die eine vorbestimmte Vorlast auf die Eingangs­ scheibe und die Ausgangsscheibe ausübt. Bei dem zuvor erwähnten Stand der Technik umfasst die Vorbelastungsvorrichtung zwei Belleville-Federn (ein Paar vorgestauchter Tellerfedern), welche unmittelbar auf die Eingangsscheibe wirken.

Die Position der Eingangsscheibe in der Axialrichtung ändert sich jedoch gemäß den Schwenkwinkeln der Reibwalzen, welche zwischen der Eingangsscheibe und der Aus­ gangsscheibe angeordnet sind. In der Position, in der die Eingangsscheibe maximal zurückgezogen ist, wirkt eine große Kompressionskraft auf die Belleville-Federn, so dass die Federn in enge Berührung geraten.

Wenn das Eingangsdrehmoment in dieser Position stark zunimmt, verformt sich die Ein­ gangsscheibe, so dass die Belleville-Federn und die Eingangsscheibe aneinander rei­ ben. Die Belleville-Federn nutzen sich ab, wenn dieser Zustand häufig auftritt.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Reibschluss zwischen der Scheibe und den Belleville-Federn zu verhindern und eine übermäßige Abnutzung der Belleville-Federn zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Zwar ist aus der DE 873 782 C ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe mit einer Ein­ gangsscheibe, einer Ausgangsscheibe und einer zwischen der Eingangs- und Aus­ gangsscheibe angeordneten Reibwalze sowie einer Belastungsvorrichtung bekannt, wel­ che eine Schublast gemäß einem Eingangsdrehmoment in das Getriebe erzeugt und auf die Scheiben ausübt. Die Scheiben werden mit einer Vorlast durch ein elastisches Ele­ ment beaufschlagt, das in Berührung mit einer über Zapfen von der Ausgangsscheibe mitgenommenen Aufnahmeplatte ist.

Ferner weist dieses bekannte stufenlos verstellbare Toroidgetriebe ein Begrenzungs­ element auf. Allerdings begrenzt dieses Element nur eine durch die Belastungsvorrich­ tung hervorgerufene Verschiebung der Ausgangsscheibe entgegen der Kompressions­ richtung des elastischen Elementes.

Bei den aus DE 11 19 076 B und DE 29 18 379 A1 bekannten stufenlos verstellbaren Toroidgetrieben verursacht die Belastungsvorrichtung jeweils eine Verschiebung der Scheibe ebenfalls entgegen der Kompressionsrichtung des elastischen Elementes.

Die aus der DE 690 18 682 T2 bekannte Belastungsvorrichtung eines stufenlos verstell­ baren Toroidgetriebes ruft eine Verschiebung der Scheibe in einer Kompressionsrichtung des elastischen Elementes hervor. Das elastische Element ist dabei in einer Lastmutter aufgenommen, die jedoch nicht als Begrenzungselement dient.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und den zugehöri­ gen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Vorbelastungsvorrichtung des Getriebes.

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 der Zeichnung umfasst ein stufenlos verstellbares Toroid­ getriebe eine erste Toroideinheit 11 und eine zweite Toroideinheit 12.

Bei der ersten Toroideinheit 11 wird ein Paar von Reibwalzen 3, 3 zwischen einer Ein­ gangsscheibe 1a und einer Ausgangsscheibe 2a gehalten. In ähnlicher Weise wird bei der zweiten Toroideinheit 12 das Paar von Reibwalzen 3, 3 zwischen einer Eingangs­ scheibe 1b und einer Ausgangsscheibe 2b gehalten.

Die Eingangsscheiben 1a, 1b sind jeweils auf einer Eingangswelle 20 mittels einer Ku­ gelkeilwellenverbindung gelagert und drehen sich synchron.

Die Ausgangsscheiben 2a, 2b sind mit einem Ausgangsritzel 10 verbunden. Die Ein­ gangswelle 20 tritt durch das Ausgangsritzel 10 hindurch, und die Ausgangsscheiben 2a, 2b drehen sich relativ zu der Eingangswelle 20.

Die Reibwalzen 3 sind jeweils durch Zapfen 4 gelagert. Wenn die nicht dargestellten Stellantriebe die Zapfen 4 synchron in der Auf-/Ab-Richtung in der Figur verschieben, so drehen sich die Reibwalzen 3 und die Berührradien der Eingangs- und der Ausgangs­ scheibe bezüglich der Reibwalzen 3 ändern sich. Die zugewandten Zapfen 4, 4 sind an deren oberen Enden durch ein oberes Verbindungsglied 5 und an deren unteren Enden durch ein unteres Verbindungsglied 6 verbunden, und die Zapfen 4, 4 verschieben sich in wechselseitig entgegengesetzte Richtungen.

Ein Schmieröl ist zwischen den Scheiben 1a, 1b, 2a, 2b und den Reibwalzen 3 vorgese­ hen. Der Ölfilm zwischen den Scheiben 1a, 1b, 2a, 2b und der Reibwalze 3 verglast un­ ter hohem Druck. Die Antriebskraft wird durch die Scherkraft übertragen, welche auf die­ sen Ölfilm wirkt. Belastungsnocken 8, welche eine Schublast gemäß dem Eingangs­ drehmoment in das Getriebe erzeugen und diese Last auf die Scheiben 1a, 2a, 1b und 2b ausüben, sind auf der linken Seite der Eingangsscheibe 1a in der Figur vorgesehen.

Eine Vorbelastungsvorrichtung 16, welche eine Vorlast liefert, welche erforderlich ist, um die Reibrollen 3 zu halten, wenn das Eingangsdrehmoment klein oder Null ist, ist auf der rechten Seite der Eingangsscheibe 1b in Fig. 1 vorgesehen.

Wie in Fig. 2 dargestellt, umfasst die Vorbelastungsvorrichtung 16 einen zylindrischen Abstandhalter 50, eine Wellenmutter 30 mit einem Flansch 30a und ein elastisches Ele­ ment 9. Die Wellenmutter 30 ist auf die Eingangswelle 20 geschraubt. Das elastische Element 9 umfasst Belleville-Federn 9a, 9b, welche zwischen dem Flansch 30a und einer Eingangsscheibe 1b gehalten sind. Die Belleville-Federn 9a, 9b sind auch auf dem Au­ ßenumfang des zylindrischen Abstandhalters 50 angebracht, welcher verhindert, daß die Federn 9a, 9b übermäßig gegeneinander gepresst werden, wobei die Federn 9a, 9b eine vorbestimmte Vorlast auf die Eingangsscheibe 1b ausüben können.

Um die Vorlast der Federn 9a, 9b einzustellen, ist ein Zwischenring 40 auf dem Außen­ umfang der Eingangswelle 20 vorgesehen und wird zwischen einer Schulter 21 der Ein­ gangswelle 20 und dem Flansch 30a der Wellenmutter 30 gehalten. Der Zwischenring 40 ist auch in Berührung mit dem Außenumfang eines Vorsprungs 30b der Wellenmutter 30.

Eine ringförmige Ausnehmung 15 ist auf der Rückfläche nahe dem Innenumfang der Eingangsscheibe 1b ausgebildet, um einen Teil des Abstandhalters 50 aufzunehmen. Der Außendurchmesser der Ausnehmung 15 ist größer als der Außendurchmesser des Abstandhalters 50, und die Eingangsscheibe 1b und der Abstandhalter 50 verschieben sich relativ zueinander in Axialrichtung.

Die Belleville-Feder 9a befindet sich an einer Position, welche sich weiter als die Aus­ nehmung 15 zu dem Außenumfang hin befindet, in Berührung mit der Eingangsscheibe 1b. Der Berührpunkt der Belleville-Feder 9a und der Eingangsscheibe 1b ist durch einen Buchstaben A in der Figur angezeigt.

Der Abstandhalter 50 ist an dem Außenumfang des Zwischenrings 40 angebracht und ist zwischen der Eingangsscheibe 1b und dem Flansch 30a vorgesehen. Die Länge L des Abstandhalters 50 in Axialrichtung ist so festgelegt, dass, wenn sich die Eingangsschei­ be 1b zu der rechten Seite der Figur verschiebt, ein Ende 50a des Abstandhalters 50 in Berührung mit dem Boden der Ausnehmung 15 gerät, bevor der Abstand der Belleville- Federn 9a, 9b Null wird und der Abstand S stets größer als ein vorbestimmter Wert ist.

Daher befindet sich gemäß dem obigen Aufbau, wenn die Schwenkwinkel der Reibwal­ zen 3 dem kleinsten Übersetzungssverhältnis entsprechen und das Eingangsdrehmo­ ment Null ist, die Eingangsscheibe 1b am weitesten auf der linken Seite der Figur, und ein vorbestimmter Abstand X ist zwischen der Endfläche 50a des Abstandhalters 50 und dem Boden der Ausnehmung 15 ausgebildet. Hier ist der Abstand X kleiner als der Ab­ stand der Belleville-Federn 9a, 9b.

Wenn die Reibwalze 3 geschwenkt und das Übersetzungssverhältnis erhöht wird, ver­ schiebt sich die Eingangsscheibe 1b zu der rechten Seite der Figur, und der Abstand S der Belleville-Federn 9a, 9b verringert sich, wobei jedoch der Abstand S stets größer als der Abstand X ist.

Wenn sich die Eingangsscheibe 1b weiter nach rechts verschiebt, berührt die Endfläche 50a des Abstandhalters 50 den Boden der Ausnehmung 15, bevor die Belleville-Federn 9a, 9b in eine enge Berührung miteinander geraten. Somit findet keine weitere Verschie­ bung der Eingangsscheibe 1b statt. Der Abstand S der Belleville-Federn 9a, 9b ist nie­ mals gleich Null, und die Belleville-Federn 9a, 9b geraten niemals in eine enge Berüh­ rung.

Daher kann sich, selbst wenn das Eingangsdrehmoment hoch ist und sich die Eingangs­ scheibe 1b zu der rechten Seite der Figur hin biegt und neigt, die Belleville-Feder immer noch in der Axialrichtung verschieben, also ist es unwahrscheinlich, daß die Eingangs­ scheibe 1b und eine Belleville-Feder 9a aneinander reiben.

Folglich wird ein Abrieb der Belleville-Feder 9a und eine Änderung der durch die Vorbe­ lastungsvorrichtung 16 erzeugten Vorlast verhindert.

Ferner steigt, wenn die Belleville-Feder 9a an dem Außenumfang des Abstandhalters 50 angebracht wird, der Innendurchmesser der Belleville-Feder an, und der Berührradius der Eingangsscheibe 1b und einer Belleville-Feder 9a steigt an. Dies erhöht die Stabilität der Lagerungsstruktur der Eingangsscheibe 1b.

Fig. 3 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel dar.

Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel da­ durch, daß der Durchmesser der Ausnehmung 15 kleiner als der Außendurchmesser des Abstandhalters 50 und größer als der Außendurchmesser des Zwischenrings 40 ist und lediglich der Zwischenring 40 auf der linken Seite der Figur in der Ausnehmung 15 un­ tergebracht ist. Die verbleibenden Merkmale des Aufbaus sind die gleichen wie die des ersten Ausführungsbeispiels.

Auch in diesem Fall werden, wenn die Eingangsscheibe 1b zu der rechten Seite der Fi­ gur verschoben wird, die Belleville-Federn 9a, 9b daran gehindert, in eine enge Berüh­ rung zu geraten. Ferner ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Durchmesser der Ausnehmung 15 kleiner als bei dem ersten Ausführungsbeispiel, und die Steifigkeit der Eingangsscheibe 1b wird erhöht.

Fig. 4 stellt ein drittes Ausführungsbeispiel dar.

Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel da­ durch, daß der Abstandhalter 50 und die Wellenmutter 30 einstückig ausgebildet sind und der Abstandhalter 50 derart ausgeführt ist, daß dieser vom Flansch 30a der Wel­ lenmutter 30 hervorsteht. Die verbleibenden Merkmale des Aufbaus sind die gleichen wie die des ersten Ausführungsbeispiels.

Auch in diesem Fall werden die Belleville-Federn 9a, 9b daran gehindert, in eine enge Berührung zu geraten. Ferner wird, da der Abstandhalter 50 und die Wellenmutter 30 in einem Stück ausgebildet sind, die Anzahl der Bestandteile vermindert.

Fig. 5 stellt ein viertes Ausführungsbeispiel dar.

Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel dadurch, daß der Abstandhalter 50 und die Wellenmutter 30 in einem Stück ausgebildet sind und der Abstandhalter 50 derart ausgeführt ist, daß dieser vom Flansch 30a der Wellenmutter hervorsteht. Die verbleibenden Merkmale des Aufbaus sind die gleichen wie die des zweiten Ausführungsbeispiels.

Auch in diesem Fall werden die Belleville-Federn 9a, 9b daran gehindert, in eine enge Berührung zu geraten. Ferner wird, da der Abstandhalter 50 und ein Wellenmutter 30 in einem Stück ausgebildet sind, die Anzahl der Bestandteile vermindert.

Gemäß den obigen Ausführungsbeispielen sind die Scheiben 1a, 1b Eingangsscheiben und die Scheiben 2a, 2b sind Ausgangsscheiben, doch die Scheiben 1a, 1b können Ausgangsscheiben sein und die Scheiben 2a, 2b können Eingangsscheiben sein. In die­ sem Fall wird das Ritzel 10 als Eingangsritzel verwendet, und die Welle 20 wird als Aus­ gangswelle verwendet.

Claims (8)

1. Stufenlos verstellbares Toroidgetriebe mit
einer Eingangsscheibe (1a, 1b);
einer Ausgangsscheibe (2a, 2b);
einer Reibwalze (3), welche zwischen der Eingangsscheibe (1a, 1b) und der Ausgangsscheibe (2a, 2b) angeordnet ist;
einer Belastungsvorrichtung (8), welche eine Schublast gemäß einem Ein­ gangsdrehmoment in das Getriebe erzeugt und die Schublast auf die Scheiben (1a, 1b, 2a, 2b) ausübt;
einem elastischen Element (9), welches in Berührung mit der Eingangsscheibe (1a, 1b) oder der Ausgangsscheibe (2a, 2b) ist und die Scheiben (1a, 1b; 2a, 2b) mit einer Vorlast beaufschlagt; und
einem Begrenzungselement (50), welches eine durch die Belastungsvorrichtung (8) hervorgerufene Verschiebung der Eingangsscheibe (1a, 1b) oder der Aus­ gangsscheibe (2a, 2b) in einer Kompressionsrichtung des elastischen Elements (9) begrenzt.

2. Stufenlos verstellbares Toroidgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (9) eine erste Belleville-Feder (9a) und eine zweite Belleville-Feder (9b) umfasst, die jeweils am Außenumfang in Berührung sind und derart angeordnet sind, dass ein Abstand (S) zwischen deren Innenumfängen vor­ gesehen ist, wobei das Begrenzungselement (50) die Verschiebung der Eingangs­ scheibe (1a, 1b) oder der Ausgangsscheibe (2a, 2b) begrenzt, so daß der Abstand (S) stets größer als ein vorbestimmter Wert ist.

3. Stufenlos verstellbares Toroidgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsscheibe (1a, 1b) oder die Ausgangsscheibe (2a, 2b) eine ringför­ mige Vertiefung (15) auf deren Innenumfang aufweist und das Begrenzungselement (50) die Verschiebung der Eingangsscheibe (1a, 1b) oder der Ausgangsscheibe (2a, 2b) dadurch begrenzt, dass dieses in Berührung mit einem Abschnitt gerät, welcher die Vertiefung (15) bildet.

4. Stufenlos verstellbares Toroidgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (S) der Belleville-Federn (9a, 9b) größer als Null ist, wenn sich das Begrenzungselement (50) und die Eingangsscheibe (1a, 1b) oder die Aus­ gangsscheibe (2a, 2b) in Berührung befinden.

5. Stufenlos verstellbares Toroidgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (S) der Belleville-Federn (9a, 9b) größer als ein Abstand (X) zwi­ schen dem Begrenzungselement (50) und der Eingangsscheibe (1a, 1b) oder der Ausgangsscheibe (2a, 2b) ist, wenn das Eingangsdrehmoment in das Getriebe gleich Null ist.

6. Stufenlos verstellbares Toroidgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (S) der Belleville-Federn (9a, 9b) stets größer als ein Abstand (X) zwischen dem Begrenzungselement (50) und der Eingangsscheibe (1a, 1b) oder der Ausgangsscheibe (2a, 2b) ist.

7. Stufenlos verstellbares Toroidgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Wellenmutter (30) umfasst, welche das elastische Element (9) abstützt, und wo­ bei das Begrenzungselement (50) und die Wellenmutter (30) einstückig ausgebildet sind.

8. Stufenlos verstellbares Toroidgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Begrenzungselement (50) ein Abstandshalter ist und die Wellenmutter (30) einen Flansch (30a) aufweist, der das elastische Element (9) abstützt, wobei der Ab­ standshalter vom Flansch (30a) hervorsteht.