DE2942775C2

DE2942775C2 - Umlaufreibungsgetriebe

Info

Publication number: DE2942775C2
Application number: DE2942775A
Authority: DE
Inventors: Yves Jean Birmingham Mich. Kemper
Original assignee: VADETEC CORP TROY MICH US; Vadetec Corp Troy Mich
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1978-10-27
Filing date: 1979-10-23
Publication date: 1984-09-20
Also published as: IT1119405B; FR2439912B1; JPS5560751A; GB2033034B; SE7908385L; GB2033034A; IT7969096A0; DE2942775A1; FR2439912A1; SE437867B

Description

29 42 /75

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Umlaufreibungsgetriebe gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Übertragungseinrichtungen mechanischer Energie bzw. Leistung, welche Drehmomente von einem Eingang zu einem Ausgang mit stufenlos regelbe ren Drehzahlverhältnissen übertragen, sind allgemein bekannt und werden normalerweise stufenlos regelbare Getriebe genannt. Da der Leistungswirkungsgrad der meisten Motoren oder Antriebsmaschinen nur in einem beschränkten Bereich der Betriebsdrehzahlen am größten ist, haben stufenlos regelbare Getriebe großes Interesse hervorgerufen und werden dies weiter tun ais eine potentiell ideale Lösung zur Übertragung von Leistung von einer Leistungsqueile zu einer leistungsverbrauchenden Last, welche mit Drehzahlen angetrieben werden muß, welche sich entsprechend den Betriebsdrehzahlen der Leistungsquelle verändern.

Mechanische, stufenlos regelbare Getriebe sind normalerweise in eine bauliche Konstruktion eingefügt, welche in der Lage ist, Drehmomente durch Reibung zwischen zwei oder mehr Trieboberflächep. auf relativ drehbaren Körpern zu übertragen, welche derart gelagert sind, daB die Trieboberflächen gegeneinander mit einer Normalkraft gehalten werden, die ein Rutschen zwischen den Oberflächen verhindert. Das stufenlos verstellbare Drehzahlverhältnis wird dadurch erreicht, daß der Drehmomentarm oder der Radius eines der Körper kontinuierlich veränderbar relativ zu dem Radius des anderen Körpers ist. Die geometrische Gestaltung solcher Körper, welche dieses Ergebnis erzielen können, wird z. B. verwirklicht durch ein Rad, das axial auf einer Scheibe verschiebbar ist, oder durch einen Ring, der längs der Achse eines Kegels verschiebbar ist.

In der DE-AS 25 33 475 ist ein Urnlaufreibungsgetricbe der eingangs genannten Art offenbart. In diesem bekannten Umlaufreibungsgetriebe können drei Arbeitskörper, welche von einem Gehäuse getragen werden, einen mechanischen Leistungseingang zu einem drehbaren Ausgang mit stufenlos regelbaren Verhältnissen der Ausgangs-/Eingangsdrehzah!en innerhalb des vorgesehenen Bereichs des Getriebes übertragen. Die drei Arbeitskörper werden jeweils definitionsgemäß als Träger, welcher im Getriebegehäuse drehbar um ein erste Achse gelagert ist, als Taumelkörper, welcher konzentrisch um eine zweite Achse gelagert ist, die in bezug zur ersten Achse geneigt ist und die erste Achse in einem Achsenschnittpunkt schneidet, und als Zentralkörper, der vom Gehäuse derart getragen wird, daß er konzentrisch zur ersten Achse ist, bezeichnet. Obwohl sowohl der Zentralkörper als auch der Taumelkörper um die jeweiligen Achsen drehbar sein können, um welche sie konzentrisch sind, wird für die vorliegende Erörterung vorausgesetzt, daß der Zentralkörper gegen Drehung gesichert ist, um ein Reaktionsdrehmoment zu erzeugen, wohingegen der Taumelkörper um die zweite Achse drehbar und im Träger gelagert ist. Die Fähigkeit stufenlos regelbarer Drehzahlverhältnisse solcher Getriebe wird dadurch erreicht, daß einer der Taumel- und Zentralkörper mit einem Paar von Rollbahnen versehen ist, welche Drehrollbahnen um die konzentrische Körperachse sind und welche einen veränderbaren Radius haben längs der Achse symmetrisch zu dem Schnittpunkt der ersten und zweiten Achse. Körperlich stellen solche Drehrollbahnen daher einen Körper mit einer doppelkegelförmigen Gestalt dar. Der andere Körper der Taumel- und Zentralkörper ist mit einem Paar von Rollbahnen versehen, welche ebenfalls Drehrollbahnen um die konzentrische Körperachse sind, welche jedoch einen relativ konstanten Radius aufweisen. Die Paare von Rollbahnen auf dem Taumel- und Zentralkörper werden in Reibeingriff miteinander an zwei Berührungspunkten oder Bereichen gehalten, deren Position einstellbar ist, um das Verhältnis des Bahnradius Rb des Taumelkörpers zum Bahnradius /?» des Zentralkörpers zu verändern. Wenn dem Träger daher ein Eingangsdrehmoment auferlegt wird, das eine Drehung dieses Körpers um die erste Achse mit einer Geschwindigkeit

ίο α verursacht, wird der Taumelkörper durch den Träger in Nutation bzw. eine Taumelbewegung versetzt wobei die Rollbahnen des Taumelkörpers in einem Drehmoment übertragenden Kontakt mit den Rollbahnen des Zentralkörpers stehen. Wenn die Drehzahl des Taumel-

körpers um die zweite Achse β und die Drehzahl des Zentralkörper um die erste Achse ώ ist, stehen die jeweiligen Drehzahlen der drei Körper in folgender Beziehung zueinander:

- a + (λ - β) RtJRw = 0

Da sich entweder der Taumelkörper oder der Träger innerhalb des anderen Körpers erstreckt, kann das Radiusverhältnäs RtJR* einen Wert kleiner als 1 aufweisen (wobei Rh immer kleiner als R₁₁ ist) oder einen Wert größer als 1 aufweisen (wobei Rb immer größer als Rw ist). Wenn RbIRw oder das reziproke Verhältnis RwIRb, welches von beiden größer als 1 ist, als Funktion ρ bezeichnet wird und wenn der Zentralkörper gegen Drehung gesichert ist, wie oben erwähnt, so daß ω gleich Null ist, vereinfacht sich die allgemeine Gleichung der entsprechenden Drehzahlen auf:

(λ - hf> - * = 0

Wenn der Ausgang vom Taumelkörper abgenommen wird, was der Fall ist, wenn der Zentralkörper gegen Drehung um die erste Achse gesichert ist, ist der Taumelkörper mit einer um die erste Achse drehbaren Aus-

hO gangsweile durch ein Zahnradvorgelege verbunden, das von einem Antriebsritzel ausgeht, welches drehfest um die zweite Achse mit dem Taumelkörper verbunden ist, und mit einem Sonnenzahnrad endet, das mit der Einheitsausgangswelle drehfest verbunden ist. Ein solches Zahnradvorgelege kann ein Übersetzungsverhältnis K aufweisen, welches theoretisch jeden Wert annehmen kann und sowohl positiv als auch negativ sein kann in Abhängigkeit davon, ob das Zahnradvorgelege ein Umkehrzahnrad oder nicht aufweist. Im Lichte des vorhergehend Gesagten, wobei θ die Ausgangsdrehzahl ist, und unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses K des Zahnradvorgeleges wird das Verhältnis der Ausgangs-/Eingangsdrehzahl des Umlaufreibungsgetriebes durch folgende Gleichung bestimmt:

Θ/λ = 1 - Kp.

Der Stand der Technik in bezug auf stufenlos regelbare Umlaufreibungsgetriebe und Systeme, welche solche

bo Getriebe beinhalten, ist derart weiterentwickelt worden, daß der Drehzahlverhältnisbereich des Umlaufreibungsgetriebes durch ein äußeres epizyklisches Getriebe bzw. Planetengetriebe vergrößert werden kann, in welchem der stufenlos regelbare Eingang und Ausgang

t>5 des Uinlaufreibungsgetriebes als zwei Eingänge zu dem äußeren epizyklischen Getriebe derart verwendet werden, daß eine einzige Systemausgangswelle vom epizyklischen Getriebe aneetrieben wird. Solche Svstemp

sind darüber hinaus für einen Synchronbetrieb herangezogen worden, in welchem das System verschoben werden kann zwischen einem Bereich stufenlos regelbarer Drehzahlverhältnisse, wobei das stufenlos regelbare Umlaufreibungsgetriebe in einer Richtung zwischen den extremen Grenzen seines Radiusverhältnisses eingestellt wird, und einem zweiten angrenzenden Bereich von Systemdrehzahlverhältnissen, in welchen das stufenlos regelbare Umlaufreibungsgetriebe in der entgegengesetzten Richtung aiwischen seinen Grenzen der Drehzahlverhältnisveränderung eingestellt wird. In diesem Zusammenhang wird auf die DE-OS 28 14 222 verwiesen. Während die Verwendung solcher äußeren epizyklischen Getriebe zur Vergrößerung des in einem stufenlos regelbaren Umlaufreibungsgetriebes verfügbaren Drchzah'iverhälinisb'äreiches eine äuüersi zufriedenstellende Lösung für das Problem der Vergrößerung des in einem stufenlos regelbaren Getriebes zur Verfügung stehenden Bereichs von Drehzahlverhältnisscn darstellt, ist der Betrieb eines epizyklischen Getriebes vom Standpunkt der Einführung von Wirkungsgradverlusten in das System zu beanstanden. Mit anderen Worten, während ein synchroner Betrieb eines stufenlos regelbaren Getriebes Energieverluste infolge des Verschiebens zwischen Übersetzungsverhältnisinkrementen minimiert, wird der durch einen solchen synchronen Betrieb erzielte Wirkungsgradgewinn durch Verluste im Betrieb des äußeren epizyklischen Getriebes wieder verspielt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Umlaufreibungsgetriebe der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem über den gesamten Übersetzungsbereich ein hoher Wirkungsgradverlauf erreicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Umlaufreibungsgetriebe gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der ersten und zweiten Einrichtung mit einem festen Übersetzungsverhältnis und Übertragungssysteme mit einem erfindungsgemäßen Umlaufreibungsgetriebe, bei welchen die erste und zweite Ausgangswelle des Umlaufreibungsgetriebes alternativ über weitere Einrichtungen mit einem festen Übersetzungsverhältnis mit einer Systemausgangswelle verbindbar sind, sind in den Unteransprüchen angeführt. Durch das erfindungsgemäße Umlaufreibungsgetriebe kann im gesamten Ubersetzungsbereich ein hoher Wirkungsgradverlauf erreicht werden, wie insbesondere aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen deutlich wird.

Aus der DE-OS 27 16 960 ist ein hydrosiatisches-mechanisches Verbundgetriebe bekannt, bei dem ein Zahnkranz und ein Sonnenrad, die mit einem Planetenrad in Antriebsverbindung stehen, zwei Ausgangswellen bilden, welche einem schaltbaren nachgeschalteten Planetengetriebe als Eingangswellen dienen. Aus der US-PS 38 66 490 ist es bekannt, daß die dort offenbarten hydraulischen Getriebeeinheiten durch Reibungsgetriebeeinheiten ersetzbar sind. Hydrostatisch-mechanische Verbundgetriebe sind für die Weiterentwicklung des aus der DE-AS 25 33 475 bekannten Umlaufreibungsgetriebes unter der Aufgabenstellung, einen hohen Wirkungsgradvcrlauf über den gesamten Übersetzungsbereich zu erzielen, nicht einschlägig. Eine formale Übertragung der aus der DE-OS 27 16 960 bekannten Lehre auf ein Umlaufrcibungsgeiriebe gemäß DE-AS 25 33 475 würde außerdem allenfalls ein Umlaufreibungsgetriebe ergeben, bei dem der Träger festgelegt ist und die Bewegung des Taumelkörpers und des Zentralkörpers kombiniert wird. Ein solches Getriebe ist vom Schutz durch das vorliegende Patent ausgeschlossen.

Im Nachfolgenden werden vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Umlaufreibungsgetriebes, insbesondere in Verbindung mit einem weiteren nachgeschalteten Getriebe, in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

F i g. I einen Längsschnitt durch ein Umlaufreibungsgetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung,

F i g. 2 eine schematische Schnittansicht längs der Linie 11-11 der Fig. 1,

Fig. 3 eine graphische Darstellung von Geraden, welche verschiedene Getriebeübersetzungsfaktoren in Beziehung zu Ubersetzungsverhäunisänderurigeri und der Ausgangsdrehzahl zeigen,

Fig.4 eine schematische Darstellung eines Umlaufreibungsgctriebes gemäß der vorliegenden Erfindung, Fig.5 eine alternative Ausführungsform eines Umlauf rcibungsgetriebes,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform eines Umlaufreibungsgetriebes und
F i g. 7 eine graphische Darstellung, in welcher Betriebswirkungsgrad- und Drehmomentmultiplikationswerte für die in F i g. 4 dargestellte Ausführungsform gegen den Prozentsatz der größten Drehzahl bei Nennleistung dieser Ausführungsform aufgezeichnet sind.
In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform des

jo stufenlos regelbaren Umlaufreibungsgetriebes 10 dargestellt. Der Längsschnitt der Fig. 1 verläuft in einer Ebene, welche eine erste Achse 12 des Umlaufreibungsgetriebcs 10 enthält. Die Achse 12 wird körperlich erstellt durch ein festes Gehäuse 14 mit einem im wesentlichen zylindrischen Mittelabschnitt 16 und einem Paar von gelagerten Endabschnitten 18 und 20.

Die innerhalb des Gehäuses 14 angeordneten Bauteile des Umlaufreibungsgetriebes weisen einen kurbelartigen Träger 26 auf, welcher in Lagern 28 und 30 in den Gehäuseendabschnitten 18 und 20 drehbar um die erste Achse 12 gelagert ist. Eine Eingangswelle 32 ist direkt mit dem Träger 26 verbunden und daher konzentrisch zur Achse 12. Ein Taumelkörper 34 wird von Lagern 36 und 38 in dem Träger 26 drehbar um eine zweite Achse 40 unterstützt, die in bezug zur ersten Achse 12 geneigt ist und diese erste Achse in einem Achsenschnittpunkt 5 schneidet. Bei der dargestellten Ausführungsform weist der Taumelkörper 34 eine mittlere Trägerwelle 42 auf, welche ein Paar von entgegengesetzt konvergenten, kegelförmigen Bauteilen 44 und 46 trägt, die in gewissem Umfang sowohl axial als auch rotationsmäßig in bezug zur weiie 42 bewegbar sind. Eine Kugei/kampen-Einheit 48 ist auf der Welle 42 zwischen den Kegelbauteilen 44 und 46 verzahnt bzw. verkeilt. Die Einheit 48 ist in ihren Aufbaueinzelheiten nicht vollständig dargestellt Für ein volles Verständnis ist es jedoch lediglich erforderlich festzuhalten, daß die Einheit 48 die Kegelbauteile in entgegengesetzisn Richtungen weg vom Achsenschnittpunkt S entsprechend einem Differenzmoment

bo zwischen der Welle 42 und den Kegelbauteilen 44 und 46 vorspannt. Es wird außerdem angemerkt, daß die kegelförmigen Flächen bzw. Bahnen der Bauteile 44 und 46, auch Drehrollbahncn genannt, konzentrisch zur zweiten Achse 40 verlaufen und einen veränderbaren

h^r) Radius ///, in bezug zu dieser Achse aufweisen.

Die axiale Vorspannung der Kegelbauteile 44 und 46 durch die Kugel/Rampen-Einheit 48 längs der Welle 42, gekoppelt mit der Winkelbeziehung der Achse 40 sowie

der Gestalt der kegelförmigen Bauteilen, zwingt die kegelförmigen Beta-Bahnen auf den Bauteilen 44 und 46 in Eingriff mit einem Zentralkörper, welcher bei der dargestellten Ausführungsform von einem Paar von axial einstellbaren Ringen 50 und 52 gebildet wird, welche innere Rollbahnen 54 und 56 aufweisen, welche Drehrollbahnen um die erste Achse 12 sind und einen konstanten Radius R_w aufweisen. Die Ringe 50 und 52 sind gegen Drehung im Gehäuseabschnitt 16 festgelegt und an inneren Enden von ringförmigen Kolbenbauteilen 58 und 60 befestigt, die betriebsfähig jeweils in ringförmigen Kammern 62 und 64 angeordnet sind. Kammern 62 und 64 stehen mit Flüssigkeitsleitungen 66 und 69 derart in Verbindung, daß eine Drucksteuerflüssigkeit, welche in die Kammern 62 und 64 über die Leitungen 66 eingeführt und über die Leitungen 68 abgeführt wird, die Kolben und somit die Ringe 50 und 52 längs der Achse 12 in Richtung des Achsenschnittpunkles S bewegt. Wenn umgekehrt Drucksteuerflüssigkeit über die Leitungen 68 eingeführt und über die Leitungen 66 abgeführt wird, werden die Ringe in der entgegengesetzten Richtung bewegt. Obwohl in der Zeichnung nicht gezeigt, ist es auch möglich, daß die Ringe mechanisch derart verbunden sind, daß eine synchronisierte Bewegung zu und von dem Achsenschnittpunkt weg gewährleistet ist

Der Aufbau des Gehäuses 14 sowie des Trägers 26, des Taumelkörpers 34 und des Zentralkörpers, verwirklicht durch die Ringe 50 und 52, ist sowohl in struktureller als auch in funktioneller Hinsicht ähnlich der Offenbarung der DE-AS 25 33 475. Bei dem vorliegenden Umlaufreibungsjetriebe 10 sind jedoch zwei Ausgangswellen 70 und 72 vorgesehen. Wie in F i g. 1 gezeigt ist, ist die Welle 72 hohl und konzentrisch zu der Welle 70 und zur ersten Achse 12. Beide Wellen sind unabhängig drehbar und mit einem Zahnradvorgelege 74 verbunden, um durch den Taumelkörper 34 angetrieben zu werden. Insbesondere ist ein Antriebsritzel 76 drehfest mit dem Taumelkörper um die zweite Achse 40 verbunden und außerdem bei der Taumelbewegung des Taumelkörpers auf einer Umlaufbahn bewegbar, die konzentrisch zur ersten Achse 12 verläuft. Das Antriebsritzel 76 bewegt sich daher in der gleichen Weise wie ein Planetenzahnrad in einem epizyklischen Zahnradsatz bzw. Getriebe.

Das Antriebsritzel 76 steht in direktem Eingriff mit einem Zahnkranz 78, welcher direkt mit der hohlen Ausgangsweüe 72 verbunden ist. Das Antriebsritzel kämmt außerdem mit einem Zwischenzahnrad 80, das um seine Achse drehbar vom Träger 26 getragen wird. Das Zwischenzahnrad kämmt zusätzlich mit einem zentralen öder Sönfienzähnräu 82, das mit der Zentralen Aüsgangswelle 70 verzahnt oder anderweitig direkt verbunden ist

Wie vorher gezeigt worden ist, werden die Drehzahlbeziehungen des Trägers 26 (λ) und des Taumelkörpers 34 0), wenn der Zentralkörper an einer Drehung um die erste Achse 12 gehindert wird und wenn p, in diesem Falle gleich Rw/Rt* immer einen Wert größer als 1 aufweist, durch folgende Gleichung bestimmt:

ß- *(1 -P)-O

Aus F i g. 2 geht hervor, daß das Zahnradvorgelege 74 ein epizyklischer Zahnradsatz ist, in welchem die Rotationsgeschwindigkeit θ einer der Ausgangswellen 70 oder 72 sowohl eine Funktion von λ und β wie auch des Übersetzungsverhältnisses ist, das durch die jeweiligen Durchmesser der Zahnräder 76 und 82 bzw. 76 und 78 bestimmt wird. Wenn der Durchmesser des Zahnrades 76 geteilt durch den Durchmesser des Zahnrades 82 gleich einer Funktion K ist, stehen die Geschwindigkeitskomponenten Θ, at und β in folgender Beziehung zueinander:

ίο Aufgrund der Drehzahlbeziehungen von /, λ und μ in der vorher gegebenen Gleichung steht die Drehzahl und Richtung der Drehung jeder der Ausgangswellen zu der Drehzahl und Richtung der Drehung der Eingangswelle oder zu «in folgender Beziehung:

- K

Kp)

Die Bedeutung der Funktion K ergibt sich aus der graphischen Darstellung der F i g. 3. In der graphischen Darstellung werden als tatsächliche Werte der Funktion ρ Werte zwischen einem Minimum von 1,14 und einem Maximum von 2,31 angenommen. Die Werte von ρ sind auf der Ordinate der graphischen Darstellung in Fig.3 aufgetragen. Die Werte der Ausgangsdrehzahl θ als Bruchteil der Eingangsdrehzahl α sind auf der Abszisse der graphischen Darstellung aufgetragen. Wenn K 1 das Durchmesserverhältnis des Zahnrades 76 und des Zahnrades 82, das mit der mittleren Ausgangswelle 70 verzahnt ist, darstellt und K 1 einen Wert von 0,88 aufweist, erkennt man aus der Linie 84 in F i g. 3, daß, wenn ρ von seinem Minimalwert auf seinen Maximalwert verändert wird, die Ausgangswelle 70 mit einer Geschwindigkeit θ 1 angetrieben wird, welche sich von 0 auf 1 verändert mit der Eingangsgeschwindigkeit <*. Es wird außerdem angemerkt, daß die Richtung der θ 1 -Drehung dem Eingang entgegengesetzt ist und daher einen negativen Wert annimmt.

Wenn das Durchmesserverhältnis des Antriebsritzels 76 zu dem Zahnkranz 78 mit 0,34 gewählt wird, verän dert sich die Veränderung in der Drehgeschwindigkeit der hohlen Ausgangswelle 72 längs der Linie 86 in F i g. 3. Die Werte liegen in der gleichen Richtung wie die Eingangsdrehung und sind daher positiv und verändern sich von ungefähr 0,2- auf 0,6mal der Geschwindig- keit der Eingangsdrehung. Die Bereiche der Drehzahlverhältnisse, welche beim Betrieb des Umlaufreibungsgetriebes zum Antrieb der Wellen 70 und 72 zur Verfügung stehen, sind jeweils durch die Abmessungen A und Bin F i g. 3 dargestellt.

In den F i g. 4 bis 6 sind drei alternative Ausführungsformen von stufenlos verstellbaren Übertragungssystemen gezeigt in jedem Fälle ist der Systerneingang direkt mit der Eingangswelle 32 verbunden und der Aufbau des Umlaufreibungsgetriebes 10 der gleiche wie der unter Bezugnahme auf F i g. 1 und 2 beschriebene Aufbau.

Das in F i g. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel des Systems ist für Querfeldeinfahrzeuge vorgesehen, bei welchen ein gleicher Bereich von Drehzahlverhältnissen so-

bo wohl in Vorwärts- wie in Rückwärtsrichtung bevorzugt wird. In diesem System sind das Sonnenzahnrad 82 und die zentrale Welle 70 direkt mit einem zentralen Zahnrad 88 eines äußeren Zahnradsatzes 90 verbunden. Der Zahnkranz 78 des Umlaufreibungsgetriebes 10 ist lösbar

b5 durch eine Kupplung Cl mit einer Zahnradeinheit 92 verbunden, welche einen Innenzahnkranz 94 des äußeren Zahnradsatzes 90 bildet. Die Zahnradeinheit 92 weist darüber hinaus ein Zahnrad 96 auf, das mit einem

Zahnrad 98 kämmt, welches mit der Systemausgangswelle 100 drehfest verbunden ist. Ritzelzahnräder 102, welche drehbar um ihre jeweiligen Achsen von einem Träger 104 getragen werden, kämmen sowohl mit dem zentralen Zahnrad 88 als auch mit dem Zahnkranz 94 des äußeren Zahnradsatzes 90. Der Träger 104 ist lösbar mit der Zahnradeinheit 92 über eine Kupplung C2 und lösbar mit einer ortsfesten Einheit über eine Kupplung C3 verbunden, welche den Träger 104 im eingerückten Zustand an einer Drehung hindert.

In dem in Fig.4 dargestellten System sind die Parameter der Einheit diejenigen, welche in Verbindung mit F i g. 3 beschrieben worden sind. Das Übersetzungsverhältnis, mit welchem das Antriebsritzel 76 der Einheit mit dem Sonnenzahnrad 82 verbunden ist, d. h. K 1 ist gleich 0,88. Das Übersetzungsverhältnis, mit welchem da*. Aniriebsritzel 76 mit dem Zahnrad 78 verbunden ist, d.h. K 2 ist gleich 0,34. Das Verhältnis ρ der Radien der Rollbahnen des Umlaufreibungsgetriebes 10 verändert sich zwischen den Werten 1,14 und 2,31. Darüber hinaus ist für das Übersetzungsverhältnis des äußeren Zahnradsatzes 90 ein Wert von —0,21 ausgewählt worden. Es wird darüber hinaus angemerkt, daß die Kupplungen Cl, C2 und C3 durch ein geeignetes Steuersystem (nicht gezeigt) abwechselnd eingerückt oder ausgerückt werden können.

Bei Vorgabe der vorher erwähnten Parameter beginnt der Betrieb des in Fig.4 dargestellten Systems, wenn eine konstante, in einer Richtung festgelegte Drehung der Eingangswelle 32 vorausgesetzt wird, mit der jo Funktion ρ an ihrem kleinsten Wert, d. h. 1,14, mit ausgerückten Kupplungen Cl und C2 und mit einer eingerückten Kupplung C3, um den Träger 104 an einer Drehung zu hindern. In diesem Betriebszustand wird das Ausgangsdrehmoment von dem Umlaufreibungsgetriebe 10 über das Sonnenrad 82 und die zentrale Ausgangswelle 70 geführt, um das zentrale Zahnrad 88 des äußeren Zahnradsatzes 90 anzutreiben. Das Ritzelzahnrad 102, welches sowohl mit dem zentralen Zahnrad 88 als auch mit dem Zahnkranz 94 in Eingriff steht, arbeitet als Drehzahluntersetzungsgetriebe und Richtungsumkehrgetriebe, um die Zahnradeinheit 92 in einer Vorwärtsrichtung anzutreiben. Als Ergebnis der Zahnräder % und 98 wird die Systemausgangswelle 100 angetrieben. Die Drehzahl, mit welcher die Ausgangswelle 100 angetrieben wird, ändert sich, wenn die Funktion ρ der Einheit 10 geändert wird. Die Richtung und der Bereich des Antriebs der Systemausgangswelle in diesem Betriebszustand wird jedoch auch durch die Übersetzungsfunktion K 3 des äußeren Zahnradsatzes 90 bestimmt. Das Ergebnis dieses Betriebes wird durch die gestrichelte Linie 105 in F i g. 3 dargestellt.

Wenn die Funktion ρ des Umlaufreibungsgetriebes ihren größten Wert 2,31 erreicht, werden die Kupplungen C 2 und C 3 ausgerückt und die Kupplung Cl eingerückt, so daß der Zahnkranz 78 der Einheit direkt mit der Zahnradeinheit 92 des äußeren Zahnradsatzes verbunden ist. Wenn dann der Wert ρ von seinem größten Wert zurück zu seinem kleinsten Wert 1,14 verringert wird, steigt die Drehzahl der Systemausgangswelle 100 auf Werte an, welche proportional zu denjenigen sind, welche durch die Linie 86 in F i g. 3 dargestellt sind. Es wird angemerkt, daß bei dem beschriebenen Betrieb des in F i g. 4 illustrierten Systems ein synchroner Betrieb der stufenlos regelbaren Einheit über zwei Be- b5 reiche der Drehzahlveränderung des Systemausgangs bewirkt wird und daß außerdem der äußere Zahnradsatz 90 zu keiner Zeit als epizyklische Einheit arbeitet.

In Fig. 7 ist der Betriebswirkungsgrad des Systems in den beiden Betriebszuständen jeweils durch die Kurven 106 und 108 dargestellt. Aufgrund des Untersetzungsfaktors in dem äußeren Zahnradsatz während der Kraftübertragungen über die zentrale Ausgangswelle 70 wird der Gesamtwirkungsgrad in gewissem Umfang erhöht aufgrund der reduzierten Momentbelastung der Rollbahnen des Umlaufreibungsgetriebes. Im höheren Betriebsbereich, bei welchem das Drehmoment von dem Umlaufreibungsgetriebe über die hohle Ausgangswelle 72 übertragen wird, ist der Wirkungsgrad des Getriebes nicht nur hoch, sondern relativ flach aufgrund der relativ geringen Veränderung der Drehmomentvervielfachung bei hohen Drehzahlen.

Wenn das System der F i g. 4 im Rückwärtsgang betrieben werden soll, werden die Kupplungen Cl und C 3 ausgerückt, während die Kupplung C 2 eingerückt wird, um den äußeren Zahnradsatz als eine Einheit zu verriegeln, wodurch ein Ausgangsantrieb vom Zahnrad 96 über das Zahnrad 98 zur Systemausgangswelle 100 bewirkt wird. Bei dieser Betriebsart erfolgt der Drehmomentausgang von der stufenlos verstellbaren Einheit 10 über das Sonnenzahnrad 82 und die zentrale Welle 70, um einen Betrieb der Systemausgangswelle zu schaffen proportional zu den durch die Linie 84 in Fig. 3 dargestellten Werten.

In einer alternativen, in Fig. 5 illustrierten Ausführungsform ist ein stufenlos verstellbares Getriebe für Anwendungen vorgesehen, in welchen ein relativ enger Bereich des Rückwärtsbetriebes erforderlich ist und in welchem relativ große Ausgangs-ZEingangsdrehzahlverhältnisse im Vorwärtsbetrieb gewünscht sind. Ein Beispiel für eine solche Anwendung ist ein Kraftfahrzeug. Bei dieser Ausführungsform ist wieder ein äußerer Zahnradsatz vorgesehen. Teile, welche den im vorhergehenden Ausführungsbeispiel identifizierten Teilen entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen mit einem' bezeichnet. Das Sonnenrad 82' und die Welle 70' erstrecken sich zu einer Kupplung C 2', durch welche die Welle 70' direkt mit einer Systemausgangswelle 100' verbunden werden kann. In diesem System ist als Übersetzungsfunktion K ein Wert von 0.64 ausgewählt worden, um einen durch die Linie 107 in F i g. 3 dargestellten Bereich Czu schaffen.

Bei dieser Ausführungsform sind negative Drehzahlwerte in F i g. 3 Vorwärtsdrehzahlen, wohingegen positive Drehzahlwerte Rückwärtsdrehzahlen sind.

Beim Betrieb der Ausführungsform gemäß Fig. 5, wenn die Welle 70' direkt mit der Systemausgangswelle 100' verbunden ist, würde das Umlaufreibungsgetriebe anfangs derart eingestellt, daß die Funktion ρ einen neutralen Zustand aufweist oder einen Zustand, in welchem keine Drehung der Welle 70 bei Drehung der Eingangswelle 32 erfolgt. Durch Verschieben des Wertes von ρ nach oben auf seinen Maximalwert ergibt sich eine langsame Vorwärtsbetriebsart. Durch Erniedrigung des Wertes ρ ergibt sich dementsprechend eine Rückwärtsbetriebsart des Systems. Wenn der Wert ρ seinen Maximalwert von 231 erreicht, wird die Kupplung C2 ausgerückt und die Kupplung Cl eingerückt, um die Ausgangswelle 100' mit dem zentralen Zahnrad 88' des äußeren Zahnradsatzes 90' zu koppeln. Dieses Zahnrad wird von dem Zahnkranz 94' über die Planetenzahnräder 102' angetrieben, welche zu allen Zeiten an einer Planeten- bzw. Umlaufbewegung gehindert werden. Die Übertragung von dem Zahnkranz 78' arbeitet in Verbindung mit dem äußeren Zahnradsatz 90', um einen Schnellgangausgang oder einen Betrieb zu bewirken, in

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welchem die Systemausgangswelle mit Drehzahlen angetrieben wird, die oberhalb der Drehzahlen der rohrförmigen Welle 72' liegen. Der Zahnradsat?: kehrt außerdem die Richtung der Wellendrehung um. so daß Werte, welche durch die Linie 86 in F i g. 3 dargestellt sind, in invertierte negative Werte, dargestellt durch die Linie 86' in F i g. 3, umgewandelt werden. Im Betrieb der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform erhält man wieder einen sychronen Betrieb des Umlaufreibungsgetriebes 10 wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbespiel.

In F i g. 6 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei welcher beide Ausgangswellen 70" und 72" alternativ direkt mit einer Systemausgangswelle 100" verbunden werden können. Bei diesem letzteren System wird für die Untersetzungsfunktion K 1 ein Wert von 0,69 ausgewählt. Wenn die Kupplung C2" eingerückt ist, ergibt sich ein Rückwärtsbetrieb, Leerlaufbetrieb und Vorwärtsbetrieb niedrigen Ganges der in bezug zu F i g. 5 beschriebenen Ausführungsform. Der Betrieb in einem höheren Bereich der AusgangsVEingangsdrehzahlverhältnisse wird durch Ausrücken der Kupplung Cl" und durch Einrücken der Kupplung CX" ausgewählt, so daß der Systemausgang von der hohlen Einheitausgangswelle 72" abgenommen wird. Beim Übergehen zwisehen den beiden Bereichen der in F i g. 6 dargestellten Ausführungsform ist ein synchroner Betrieb nicht möglich. Es ist daher erforderlich, daß der Wert von ρ schnell von einem Ende seiner Grenzwerte zu dem anderen beim Übergehen zwischen den beiden Bereichen eingestelh wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

35

40

45

50

55

60

Claims

Patentansprüche:

1. Umlaufreibungsgetriebe mit einem Gehäuse, einem Zentralkörper auf einer ersten zum Gehäuse s ortsfesten Achse mit Drehrollbahnen um die erste Achse, die beiderseits einer ersten senkrecht zur ersten Achse durch einen Achsenschnittpunkt verlaufenden Ebene angeordnet sind, mit einem von einem Träger gehaltenen Taumelkörper auf einer zweiten Achse, welche die erste Achse im Achsenschnittpunkt schneidet, mit Drehrollbahnen um die zweite Achse, die beiderseits einer zweiten senkrecht zur zweiten Achse durch den Achsenschnittpunkt verlaufenden Ebene angeordnet sind, wobei die jeweiligen Drehrollbahnen des Zentralkörpers und des Taumelkörpers in einer dritten — die erste und zweite Acfese enthaltenden — Ebene an zwei Berührungspunkten in Rollreibeingriff stehen, die beiderseits der ersten Achse angeordnet sind, und wobei die Drehrollbahnen mindestens eines der beiden Körper kegelförmig ausgebildet sind und mit einem Scheitelhalbwinkel, der im wesentlichen dem Neigungswinkel zwischen der ersten und zweiten Achse entspricht, und symmetrisch im Verhältnis zum Achsenschnittpunkt angeordnet sind, mit einer auf den wirksamen Radius der Drehrollbahnen einwirkenden Einrichtung zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses und mit einer ersten Einrichtung mit einem festen Übersetzungsverhältnis zum Kornbinieren der Bewegung des Trägers und des Ta umelkörpers oder des Trägers und des Zentralkörpers, um eine erste Ausgangswelle in einem ersten Drehzahlbereich für eine gegebene Eingangsdrehzahl in Abhängigkeit von der Veränderung des Verhältnisses der Radien der Drehrollbahnen anzutreiben, gekennzeichnet durch eine zweite Einrichtung (76, 78) mit einem festen Übersetzungsverhältnis (K 2) zum Kombinieren der Bewegung der gleichen zwei Elemente, um eine zweite Ausgangswelle (72) in einem zweiten unterschiedlichen Drehzahlbereich für die gegebene Eingangsdrehzahl ebenfalls in Abhängigkeit von der Veränderung des Verhältnisses (/>) der Radien der Drehrollbahnen anzutreiben.

2. Umlauf reibungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung mit einem festen Übersetzungsverhältnis (K 1) ein Antriebsritzel (76), das mit einem Ende des Taumelkörpers (34) gekoppelt ist, und ein Sonnenzahnrad (82) an der ersten Ausgangswelle (70) aufweist und daß die zweite Einrichtung mit einem festem Übersetzungsverhältnis (K 2) einen Zahnkranz (78) aufweist, der mit dem Antriebsritzel in Eingriff steht und mit der zweiten Ausgangswelle (72) drehverbunden ist.

3. Umlaufreibungsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung mit einem festen Übersetzungsverhältnis (Ki) außerdem ein Zwischenzahnrad (80) aufweist, das drehbar vom Träger (26) getragen wird und sowohl mit dem Sonnenzahnrad (82) als auch mit dem Antriebsritzel t>o (76) in Eingriff steht.

4. Umlaufreibungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß eine Kombination der ersten oder zweiten Einrichtung mit einem festen Übersetzungsverhältnis (K I. K 2) i/> iiriiJ des Veriinderungsbureichs im Verhältnis (/;) der Radien der Drehrollbahnen eine Richtungsumkehr an einer der Ausgangswellen (70, 72) verursacht, wenn das Verhältnis der Radien der Drehrollbahnen zwischen dem kleinsten und größten Wert in einer Veränderungsrichtung verändert wird.

5. Umlaufreibungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (90) zum alternativen Verbinden der ersten oder zweiten Ausgangswelle (70, 72) mit einer Systemausgangswelle (100), welche ein Zahnradvorgelege (88,94,102) aufweist, das eine dritte Einrichtung mit einem festen Übersetzungsverhältnis (K 3) bestimmt, welche mit mindestens einer Einrichtung der ersten und zweiten Einrichtung (76, 80, 82; 76, 78) mit einem festen Übersetzungsverhältnis kombinierbar ist.

6. Umlaufreibungsgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (90) zum alternativen Verbinden der ersten oder zweiten Ausgangswelle (70,72) eine vierte Einrichtung (CX, C2) mit einem festen Übersetzungsverhältnis aufweist, die mit der ersten oder zweiten Einrichtung (76, 80, 82; 76, 78) mit einem festen Übersetzungsverhältnis kombinierbar ist abwechselnd mit der dritten Einrichtung mit einem festen Übersetzungsverhältnis.

7. Urnlaufreibungsgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Einrichtung (CX, C2) mit einem festen Übersetzungsverhältnis eine direkte 1 :1-Verbindung der Systemausgangswelle (100) mit einer der Ausgangswellen (70,72) ist

8. Umlaufreibungsgetriebe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zweite und dritte Einrichtung mit einem festen Übersetzungsverhältnis derart zueinander und zu dem Verhältnis (/?) der Radien der Drehrollbahnen in Beziehung stehen, daß Veränderungen des Verhältnisses {p) der Radien der Drehrollbahnen zwischen dem kleinsten und größten Wert in entgegengesetzter Veränderungsrichtung verlaufen für die gleiche Drehzahlveränderungsrichtung in jedem der Systembereiche, wobei die Größe des Verhältnisses der Radien der Drehzahlrollbahnen die gleiche ist für die im wesentlichen angeglichenen größten und kleinsten Drehzahlverhältnisse.

9. Umlaufreibungsgetriebe nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (C2), die mit der ersten oder zweiten Einrichtung mit einem festen Übersetzungsverhältnis kombinierbar ist, um die Drehrichtung der Systemausgangswelle (100) in mindestens einem der Systembereiche umzukehren.

10. Umlaufreibungsgetriebe nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswcllen (70, 72) in entgegengesetzten Richtungen für die gleiche Drehrichtung der Eingangswelle (32) drehbar sind und daß die dritte Einrichtung mit einem festen Übersetzungsverhältnis (K 3) die Drehrichtung umkehrt, die sich aus der ersten oder zweiten Einrichtung mit einem festen Übersetzungsverhältnis, mit welcher sie kombiniert wird, ergibt.

11. Umlaufreibungsgetriebe nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnradvorgelege eine einfache Zahnradübertragung ist. so dal.) ein hierdurch übertragenes Drehmomenl nicht zu einer tier Ausgangswellen (70, 72) 7U-rückfrefiihri wird.