DE3136230C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Reibradgetriebe der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.

Bei den aus der DE-OS 17 55 840, der GB-PS 12 62 909 und der GB-PS 7 26 382 bekannten Ausführungsformen von stufenlos verstellbaren Reibradgetrieben ist jeweils eine Antriebs- und eine dazu koaxiale Abtriebsscheibe vorge­ sehen, die einander zugewandte ringförmige Torusflächen aufweisen, die von mindestens einem zwischen ihnen ange­ ordneten Reibrad berührt werden, welches um eine durch die Achse der Torusflächen gehende Achse drehbar ist. Das Reibrad rollt an den beiden Torusflächen ab und bildet die Antriebsverbindung zwischen den Scheiben. Es ist in einem nicht umlaufenden Reibradträger angeordnet, der eine Ver­ schwenkung der Radachse in einer durch die Achse der Torus­ flächen gehenden Ebene ermöglicht, um die Rollradien an den beiden Torusflächen gegenläufig zu verändern und so das Übersetzungsverhältnis des Reibradgetriebes zu verändern.

Wesentlich ist bei diesem Stand der Technik das Vor­ handensein dreier Teile (Antriebs- und Abtriebsscheibe sowie Reibrad) in der Antriebsverbindung sowie die Notwendigkeit eines gesonderten Betätigungsmechanismus für die Änderung des Standes des Reibrades. Hierdurch ist der konstruktive Aufwand erheblich.

Dem Oberbegriff des Anspruchs 1 liegt das Reibradge­ triebe nach der US-PS 16 55 079 zugrunde. Bei dieser be­ kannten Ausführungsform sind unter einem Winkel von etwa 30° Planetenachsen in einem entsprechenden Planetenträger gelagert, die an einem Ende ein Kegelrad aufweisen, welches mit einem auf der Hauptwelle gelagerten Sonnenrad in Ein­ griff steht. Auf den Planetenachsen sind in deren Achs­ richtung verschiebbare Planetenkörper angeordnet, die auf der voreilenden Seite teilkugelig ausgebildet sind und unter Federwirkung gegen einen sonnenradartigen, mit einer entsprechend geformten Reibungsfläche versehenen Ringkörper anliegen. Der Ringkörper wird durch einen mit Fliehgewich­ ten arbeitenden Steuermechanismus axial verschoben, wobei der Planetenkörper nachfolgt und infolge der Schrägstellung seiner Achse einmal weiter innen und ein anderes Mal weiter außen anliegt, wodurch sich das stufenlos einstellbare Über­ setzungsverhältnis ergibt.

Die Funktion des Getriebes nach der US-PS 16 55 079 ist von relativ kleinen Verschiebungen abhängig. Um die bezweckte Wirkung zu erhalten, müssen für eine Anzahl Teile genaue Toleranzen eingehalten werden, und dies um so mehr, als mehrere solcher Teile hintereinander montiert werden und daher eine Fehler­ anhäufung auftreten kann. Darüber hinaus soll zum Ändern des Übersetzungsverhältnisses ein den Stand der Planeten­ körper und des sonnenradartigen Ringkörpers in Längsrichtung zueinander bestimmender Teil schraubend bewegt werden, was ebenfalls eine große Präzision der Ausführung erfordert, wenn die notwendige Feinfühligkeit nicht verlorengehen soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art ein­ fach und toleranzunempfindlich auszubilden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Konstruktion ist einfach und in herstellungstechnischer Sicht toleranzunempfindlich. Die Maßnahme, daß die Planetenkörper auf sich radial erstrec­ kenden Achsen umlaufen, hat den zusätzlichen Vorteil einer gegenüber der bekannten Ausführungsform verringerten Bau­ länge und eines kompakten Aufbaus des Getriebes, wodurch es sich für Kraftfahrzeuge besonders eignet. Die äußeren Abmessungen liegen innerhalb der Abmessungen, die bei hand­ geschalteten Zahnradgetrieben gegeben sind.

Die Einrichtungen zur Drehrichtungsumkehr nach Anspruch 2 können räumlich innerhalb der vorhandenen Konstruktion untergebracht werden und erfordern keinen oder keinen wesentlichen zusätzlichen Einbauraum.

Die bevorzugte Ausführungsform der mit dem sonnenrad­ artigen Ringkörper zusammenwirkenden Planetenkörper ist in Anspruch 3 wiedergegeben.

In Anspruch 4 ist eine zweckmäßige Übertragung der Drehung des Antriebs auf die Planentenkörper angegeben.

Die bevorzugte Ausführungsform der Fliehgewichte als Rollen ist Gegenstand des Anspruchs 5.

Die Merkmale des Anspruchs 6 dienen der Herbeiführung einer starren Verbindung zwischen Antriebsseite und Abtriebs­ welle nach Erreichen eines Übersetzungsverhältnisses von 1 : 1.

Die Merkmale des Anspruchs 7 dienen der Erhöhung des Drehmoments auf die Abtriebswelle beim Anfahren, um eine stärkere Beschleunigung zu erzielen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt nach der Achse der Hauptwelle dargestellt.

Das dargestellte Reibradgetriebe weist ein Gehäuse 1 auf, in dem sich zentral eine drehbare Hauptwelle 2 er­ streckt, auf der ein primäres Antriebsorgan 3 drehbar angeordnet ist. Dieses primäre Antriebsorgan 3 umfaßt eine Buchse 4, die einen ersten radialen Endflansch 5 aufweist, der mit einem Zahnkranz 6 versehen ist. Zu dem primären Antriebsorgan 3 gehört ferner ein am anderen Ende der Buchse 4 vorgesehener, mit ihr drehfest verbun­ dener zweiter Endflansch 7. Der Zahnkranz 6 ist z. B. an­ treibbar durch das Schwungrad eines nicht dargestellten vorgekuppelten Motors. Der Außenumfangsbereich des End­ flansches 7 ist als Kupplungsgehäuse 8 ausgebildet, welches eine Anzahl, z. B. sechs, als Rollen ausgebildete Fliehgewichte 9 aufnimmt, die beim Rotieren des primären Antriebsorgans 3 infolge der Fliehkraft radial nach außen hin gedrängt werden, wobei das Kupplungsgehäuse 8 jedoch so ausgebildet ist, daß diese Verschiebung nicht nur in radialer, sondern auch in axialer Richtung stattfindet. Bei dieser Verschiebung werden die Fliehgewichte 9 in Kontakt mit einer Kupplungsscheibe 10 kommen, die in nicht näher dargestellter Weise mit dem primären Antriebs­ organ 3 derart verbunden ist, daß sie ausschließlich in nicht näher dargestellter Weise mit dem primären Antriebs­ organ 3 derart verbunden ist, daß sie ausschließlich in axialer Richtung verschiebbar ist. Bei einer solchen Ver­ schiebung wird die Kupplungsscheibe 10 in Kontakt mit einem Druckring 11 kommen, der einen Steuerring 12 trägt, der gegenüber dem Druckring 11 auf Kugeln 13 um die zen­ trale Achse der Hauptwelle 2 drehbar ist. Der Druckring 11 wird mittels in Führungsbahnen laufender Kugeln 14 drehfest, jedoch in axialer Richtung verschiebbar, von dem sekundären Antriebsorgan 15 getragen, das aus einer Buchse 16 mit einem radialen Flansch 17 und einem radialen Flansch 18 zusammen­ gesetzt ist. Der radiale Flansch 17 endet in einem axialen Flansch 19, der die Stützfläche für den Druckring 11 bil­ det. Der radiale Flansch 18 ist mit einem Zahnkranz 20 ver­ sehen und bildet ein Sonnenrad, welches nach Art eines Planetengetriebes mit einem ein Planetenrad bildenden Zahn­ rad 21 zusammenwirkt, das einen Teil einer Zwischenwelle 22 bildet. An dieser Welle ist mittels einer Anzahl in Führun­ gen aufgenommener Kugeln 23 ein kegelförmiger Planetenkörper 24 montiert, der nahe seinem in der Zeichnung oberen Ende mit einem radialen Flansch 25 versehen ist, dessen Umfangs­ rand derart abgeschrägt ist, daß er mit der ihm zuge­ wandten schrägen Steuerfläche des Steuerrings 12 zusammen­ wirken kann. Die Zwischenwelle 22 ist hohl ausgebildet und auf einer radialen Hilfswelle 26 gelagert, die einer­ seits in einer an der Hauptwelle 2 befestigten Nabe 27 und andererseits über ein Endteil 28 mit größerem Durch­ messer in einer Trommel 29 befestigt ist.

Der kegelförmige Planetenkörper 24 ist mit einer im Längsschnitt konkav begrenzten, im Querschnitt kreisrunden Außenfläche 30 versehen, die mit einer ähnlich ausgebil­ deten Innenumfangsfläche 31 eines sonnenradartigen Ringkör­ pers 32 zusammenwirken kann, der mittels einer Anzahl Tellerfedern 33, die einerseits an einem axialen Flansch 34 des Ringkörpers 32 und andererseits an einem axialen Flansch 35 eines Nebenteiles 36 angreifen, gegen den kegel­ förmigen Planetenkörper 24 angedrückt wird.

Der Nabenteil 36 besteht aus einer Buchse 37, einem sich radial erstreckenden Endflansch 38, der in einem Zahnkranz 39 endet, einem dem Endflansch 38 gegenüber­ liegenden radialen Endflansch 40, an den sich ein axialer Flansch 41 anschließt, der sich in einem radialen Flansch 42 fortsetzt, an dessen äußeres Ende sich der axiale Stützflansch 35 für die Tellerfedern 33 anschließt.

Der Ringkörper 32 ist mit einem zweiten axialen Flansch 43 versehen, der Führungsbahnen für Kugeln 44 aufweist, die außerdem in Führungsbahnen eingreifen, die in der Außen­ seite des axialen Flansches 41 angeordnet sind, wodurch der Ringkörper 32 gegen Rotation gesichert ist, jedoch in axialer Richtung relativ zum Nabenteil 36 verschiebbar ist.

Die Trommel 29 ist einerseits an der Buchse 4 und ande­ rerseits an dem Nabelteil 36 gelagert. An beiden Enden ist die Trommel 29 mit axialen Flanschen versehen, auf denen der Innenring eines Kugellagers 45 bzw. 46 angeordnet ist. Die Außenringe der Kugellager 45 und 46 befinden sich in Nabenteilen des Gehäuses an dessen beiden Enden. In dem Gehäuse 1 ist ferner eine Freilaufkupplung 47 gelagert, d. h. eine Kupplung, die nur eine Drehung in einer Richtung gestattet. An der radialen Innenseite der Kupplung 47 ist ein Zahnkranz 48 angeordnet, der mit einem äußeren Zahnkranz 49 auf einem Schiebeteil 50, das über in Führungen laufende Kugeln 51 auf der die Abtriebswelle des automatischen Getriebes bildenden Welle 52 axial verschiebbar, jedoch nicht drehbar ist, zusammenwirken kann. Die Abtriebswelle 52 ist auf der mit ihr fluchtenden Hauptwelle 2 mittels eines Lagers 53 gelagert, so daß die Hauptwelle 2 sich relativ zur Abtriebswelle 52 frei drehen kann.

Das Schiebeteil 50 besteht aus zwei konzentrischen Teilen 57 und 58, die durch Kugeln 59 in Führungen drehbar, jedoch nicht verschiebbar miteinander verbunden sind. Das Schiebeteil 50 ist mit zwei weiteren, inneren Zahnkränzen 54 und 55 versehen. Der Zahnkranz 54 an dem Teil 57 soll mit dem Zahnkranz 39 des Nabenteiles 36 zusammenwirken. Der Zahnkranz 55 an dem Teil 58 kann mit einem Zahnkranz 56, der drehfest an der Hauptwelle 2 angeordnet ist, zusammen­ wirken. Das Schiebeteil 50 ist auf der Abtriebswelle 52 derart verschiebbar angeordnet, daß die Zahnkränze 49, 54 und 55 mit Zahnkränzen 60, 61 und 62 bzw. dem Gehäuse 1 der Trommel 29 und dem Nabenteil 36 zusammenwirken können. Das Schiebeteil 50 ist mit Hilfe eines nicht dargestellten Bedienungshebels axial verschiebbar und arretierbar.

An der Trommel 29 ist in dem Bereich, in dem sich der Endteil 28 der Hilfswelle 26 befindet, ein Stützteil 63 befestigt, in dem ein Stift 64 verschiebbar aufgenommen ist. Das eine Ende des Stiftes 64 kann mit einem Drucklager 65 zusammenwirken, während am anderen Ende des Stiftes 64 ein Segment 66 befestigt ist, dessen Umfangsfläche dieselbe abgeschrägte, im wesentlichen radiale Form wie die gegen­ überliegende Steuerfläche des Steuerringes 12 aufweist.

Obgleich in der Zeichnung nur ein kegelförmiger Pla­ netenkörper 24 dargestellt ist, empfiehlt es sich, daß tatsächlich drei derartige kegelförmige Planetenkörper vorhanden sind, die dann regelmäßig verteilt über den Umfang angeordnet sind. Die Stützteile 63, die Stifte 64 und die Segmente 66 befinden sich dann in den dazwischenliegenden Umfangsabschnitten.

Die Wirkung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung ist wie folgt:

Beim Antrieb der primären Antriebsorgans 3 werden in­ folge der erzeugten Fliehkräfte die als Rollen ausgebildeten Fliehgewichte 9 mit den Kupplungsscheiben 10 in Kontakt kommen und diese gegen den Druckring 11 andrücken. Dieser wird dadurch in Drehung versetzt und wird dabei das sekun­ däre Antriebsorgan 15 mitnehmen. Über den Zahnkranz 20 werden das Zahnrad 21 und der mit diesem drehfest verbun­ dene kegelförmige Planetenkörper 24 in Rotation versetzt. Der kegelförmige Planetenkörper 24 wird seinerseits ver­ suchen, den Ringkörper 32 in Rotation zu versetzen. Durch die Tellerfedern 33 ist der Ringkörper 32 jedoch feder­ belastet drehfest mit dem Nabenteil 36 verbunden, das über seinen Zahnkranz 39 und die Zahnkränze 54 und 49 des Teils 57 des Schiebeteils 50 sowie den Zahnkranz 48 mit der die Drehung des Nabenteiles 36 verhütenden Freilauf­ kupplung 47 verbunden ist. Der Ringkörper 32 wird daher stillstehen bleiben, was dazu führt, daß der kegelförmige Planetenkörper 24 sich auf dem Ringkörper 32 abwälzen wird, wodurch die ganze Trommel 29 und über deren auf der Hauptwelle 2 feste Nabe auch letztere in Rotation versetzt werden, wobei die Drehrichtung dieselbe ist wie die des Antriebsmotors. Die Hauptwelle 2 wird ihrerseits über das darauf montierte Zahnrad 56 und den Zahnkranz 55 den Teil 58 des Schiebeteils 50 und damit die Abtriebswelle 52 in Rotation versetzen.

Wird nun die Eingangsdrehzahl des primären Antriebs­ organs 3 erhöht, so werden die als Rollen ausgebildeten Fliehgewichte 9 die Kupplungsscheibe 10 und den Druckring 11 in axialer Rich­ tung zu dem kegelförmigen Planetenkörper 24 hin verschieben. Der dadurch gemäß der Zeichnung nach rechts verschobene Steuerring 12 wird folglich den kegelförmigen Planeten­ körper 24 radial nach außen drücken.

Durch die radiale Verschiebung des kegelförmigen Planetenkörpers 24 wird dem Ringkörper 32 eine axiale Ver­ schiebung gemäß der Zeichnung nach rechts erteilt, wodurch die Durchmesser, über welche die beiden Körper 24 und 32 miteinander zusammenwirken und folglich das Übersetzungs­ verhältnis geändert werden. Dieser Prozeß setzt sich bei weiterer Erhöhung der Eingangsdrehzahl des primären An­ triebsorgans 3 fort, bis ein Übersetzungsverhältnis von annähernd 1 : 1 erzielt worden ist. Dabei befindet der kegelförmige Planetenkörper 24 sich in seiner radial äußer­ sten Stellung und tritt der Steuerring 12 in Kontakt mit den Segmenten 66, wodurch eine direkte Verbindung zwischen dem primären Antriebsorgan und der Abtriebswelle 52 her­ beigeführt ist.

In dieser Stellung wird der kegelförmige Planeten­ körper 24 allmählich zum Stillstand gegenüber der Trommel 29 kommen und die ganze Trommel 29 mit Inhalt mit derselben Drehzahl drehen wie der Motor, wobei nur die Kugellager 45 und 46 Übertragungs­ verluste zeigen werden.

Wenn ein schnelles Anfahren verlangt wird, empfiehlt es sich, die genannte direkte Verbindung zwischen primärem Antriebsorgan 3 und Abtriebswelle, also das Übersetzungsverhältnis 1 : 1, zu unterbrechen. Dies läßt sich bei der erfindungsgemäßen Konstruktion dadurch herbeiführen, daß man über das Drucklager 65 die Stifte 64 und die damit verbundenen Segmente 66 in Richtung auf das primäre Antriebs­ organ drückt. Die dadurch bewirkte axiale Verschiebung des Steuerringes 12 wird zur Folge haben, daß der kegelförmige Planetenkörper 24 durch die axiale Druckkraft der Teller­ federn 33 radial nach innen verschoben wird, so daß eine Vergrößerung des Übersetzungsverhältnisses und folglich eine Erhöhung des Drehmoments der Abtriebswelle 52 bewirkt werden.

In der Zeichnung ist die Vorrichtung in der Stellung dargestellt, in der die Rotationsrichtung der Abtriebswelle 52 gleich der des Antriebsmotors ist. Soll die Rotations­ richtung der Abtriebswelle 52 der des Antriebsmotors ent­ gegengesetzt sein, so muß das Schiebeteil 50 auf der Ab­ triebswelle 52 verschoben werden, bis die Zahnkränze 49, 54 bzw. 55 mit den Zahnkränzen 60, 61 bzw. 62 zusammenwirken.

Wenn jetzt das primäre Antriebsorgan 3 in der gleichen Richtung angetrieben wird, wird in erster Linie dasselbe geschehen, wie oben schon beschrieben worden ist, jedoch mit dem Unterschied, daß jetzt der Ringkörper 32 nicht mehr gegen Drehung gesperrt ist, während dies wohl für die Trommel 29 gilt, die jetzt mittels Zahnkränzen 61, 54, 49 und 60 mit dem Gehäuse 1 gekuppelt ist. Der Ringkörper 32 wird daher durch die sich um die Hilfswellen 26 drehenden und auf dem Ringkörper abwälzenden Planetenkörper 24 in Rotation versetzt und dabei das Nabenteil 36 mitnehmen. Über die Zahnkränze 62 und 55 ist das Nabenteil 36 mit dem Schiebeteilabschnitt 58 gekuppelt und folglich mit der Abtriebswelle 52, deren Rotationsrichtung jetzt entgegen­ gesetzt der des Antriebsmotors ist.

Da die verschiedenen Übersetzungsverhältnisse auch jetzt wieder völlig stufenlos durchlaufen werden können, ist die Abtriebswelle 52 in beiden Richtungen über einen großen Steuerbereich antreibbar.

Claims (7)

1. Reibradgetriebe mit stufenlos einstellbarem Übersetzungsverhältnis nach Art eines Planetengetriebes, bei dem unter einem Winkel zur Hauptwelle (2) angeordne­ te Planetenachsen (26) von einem Planetenträger (29) ge­ tragen werden und die Planetenachsen (26) mit Planeten­ rädern versehen sind, von denen pro Planetenachse ein Planetenrad als um diese Planetenachse (26) drehbares Zahnrad (21) ausgebildet ist, das mit einem um die Haupt­ welle (2) drehbaren, als Zahnrad ausgebildeten Sonnenrad (18, 20) in Eingriff steht, und ein weiterer mit dem Zahnrad (21) drehfest, jedoch längs der Planetenachse (26) verschiebbar verbundener Planetenkörper (24) eine gekrümmte Reibungslauffläche (30) aufweist, die durch Verschiebung in Planetenachsrichtung mit kontinuierlich variierendem Arbeitsdurchmesser federbelastet mit einem eine gekrümmte Reibungslauffläche (31) mit kontinuierlich variierendem Arbeitsdurchmesser aufweisenden sonnenrad­ artigen Ringkörper (32) zusammenwirkt, und bei dem dieser Ringkörper (32) und der verschiebbare Planetenkörper (24) mittels eines mit Fliehgewichten arbeitenden Steuerme­ chanismus (8, 9, 10) selbsttätig zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, daß das als Zahnrad ausgebildete Sonnenrad (18, 20) über einen Druckring (11) einer selbst­ tätig drehzahlabhängig wirkenden Kupplung antreibbar ist, welche eine Kupplungsscheibe (10) aufweist, die durch Einwirkung der Fliehgewichte (9) ab einer unteren Antriebsdrehzahl axial verschiebend an dem Druckring (11) angreifen kann, der gleichfalls axial verschiebbar ist und einen an ihm drehbar gelagerten Steuerring (12) trägt, dessen axiale Position die Einstellung der auf sich radial zur Hauptwelle (2) erstreckenden Planetenachsen (26) ange­ brachten verschiebbaren Planetenkörper (24) und des mit diesen zusammenarbeitenden Ringkörpers (32) bestimmt, wodurch sich ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis des Reibradgetriebes ergibt, und daß der Planetenträger (29) mit dem Steuerring (12) zur Erzielung des direkten Durch­ triebs in Kontakt tritt.

2. Reibradgetriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Wechsel der Abtriebsrichtung, bei der der als Reibrad ausgebildete Ringkörper (32) bei der einen Drehrichtung gegen Drehung blockiert ist und der Planetenträger (29) mit der Abtriebswelle (52) verbunden ist, während bei der anderen Drehrichtung der Planetenträger (29) gegen Drehung blockiert ist und der Ringkörper (32) mit der Abtriebswelle (32) verbunden ist.

3. Reibradgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbaren Planetenkörper (24) kegelförmig ausgebildet sind und eine in Achsrichtung konkav gekrümmte Außenumfangsfläche (30) haben und der sonnenradartige Ringkörper (32) eine kegelförmige, in Achsrichtung konvex gekrümmte Innenumfangsfläche aufweist.

4. Reibradgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder kegelförmige Planetenkörper (24) an seinem schmalen Ende mit einem radialen Flansch mit abge­ schrägtem Umfangsrand (25) versehen ist, der mit einem entsprechend abgeschrägten Stirnrand des Steuerringes (12) zusammenwirkt.

5. Reibradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fliehgewichte (9) aus Rollen bestehen, die in Steuerkäfige aufgenommen sind, welche in einer Umfangsbahn um die Hauptwelle (2) in Rotation versetzbar sind.

6. Reibradgetriebe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenträger (29) mit einem ab­ geschrägten Rand versehen ist, der dem des Steuerringes (12) entspricht und in gleichem radialen Abstand von der Hauptwelle (2) liegt, so daß der Steuerring (12) und der abgeschrägte Rand des Planetenträgers (29) sich gegensei­ tig berühren, wenn der Steuerring (12) die kegelförmigen Planetenkörper (24) in ihre nahezu äußerste Stellung ge­ drückt hat, um unter Ausschaltung der Übersetzungseinstell­ vorrichtung ein primäres Antriebsorgan (3) und die Abtriebswelle (52) direkt miteinander zu kuppeln.

7. Reibradgetriebe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß über den Umfangsrand des Pla­ netenträgers (29) verteilt Stifte (64) angeordnet sind, deren Achsen sich parallel zu der Hauptwelle (2) erstrecken und die in Längsrichtung in dem Planetenträger (29) ver­ schiebbar gelagert sind, um den Steuerring (12) über ein Segment (66) axial entgegen der Wirkung der Fliehgewichte (9) zu verschieben.