DE3441616C2 - Getriebe mit stufenlos verstellbarem Übersetzungsverhältnis - Google Patents

Getriebe mit stufenlos verstellbarem Übersetzungsverhältnis

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Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit stufenlos verstell­ barem Übersetzungsverhältnis nach dem Patentanspruch 1.
Ein solches Getriebe ist beispielsweise zur Kraftübertragung zwischen dem Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs und den An­ triebsrädern einsetzbar.
Die Betriebsweise solcher Getriebe in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen wird nachstehend kurz erläutert:
Zunächst sei angenommen, daß das Eingangsglied des Gesamtge­ triebes vom Antriebsmotor mit konstanter Drehzahl angetrieben wird und das Getriebe sich im ersten Betriebszustand befin­ det, in dem die Bremse ein- und die Kupplung ausgerückt ist, wobei die Übersetzungsverhältnis-Verstellbaugruppe in ihrer einen Extremstellung steht. Das Abtriebsglied des Gesamtgetriebes dreht sich nun typischerweise in Rückwärts­ richtung mit maximaler Rückwärtsdrehzahl. Wird nun die Verstellbaugruppe fortschreitend in Richtung auf ihre entge­ gengesetzte Extremstellung verstellt, nimmt die Drehzahl des Gesamtgetriebeabtriebsglieds fortschreitend ab, bis sich in einer Zwischenstellung ein Zustand einstellt, bei welchem die Abtriebsdrehzahl Null ist. Diese Einstellung des (im Eingriff befindlichen) Getriebes wird allgemein als Leerlaufüberset­ zungseinstellung bezeichnet. Wird dann die Verstellbaugruppe weiter in Richtung zu der anderen Extremstellung verstellt, beginnt das Abtriebsglied des Gesamtgetriebes, sich mit zu­ nehmender Drehzahl in Vorwärtsrichtung zu drehen.
Nach Umschaltung des Getriebes in den zweiten Betriebszustand, in dem die Bremse aus- und die Kupplung eingerückt ist, und fortschreitender Verstellung der Verstellbaugruppe zurück in Richtung der ersteren Extremstellung verbleibt das Ab­ triebsglied des Gesamtgetriebes im Vorwärtsdrehzustand und seine Drehzahl erhöht sich stetig bis zur maximalen Drehzahl.
Die Verstellbaugruppe kann insbesondere der Toroidreibrad- Bauart angehören, wie sie beispielsweise in der GB-PS-1 078 791 beschrieben ist. Demgemäß weist die Verstell­ baugruppe eine vom Antriebsmotor angetriebene Eingangsscheibe auf, die an einer Stirnseite eine koaxiale Toroidlauffläche aufweist. Das Abtriebsglied der Verstellbaugruppe weist eine dazu koaxiale Abtriebsscheibe auf, die ebenfalls mit einer Toroidlauffläche versehen ist, wobei die beiden Toroidlauf­ flächen Teile eines einzigen gedachten Torus bilden. Die Kraftübertragung zwischen Eingangsscheibe und Abtriebsscheibe erfolgt mittels einer Gruppe von Rollen, die mit beiden Toro­ idlaufflächen in reibschlüssiger Berührung stehen und so an­ geordnet sind, das sie mit ihren Mittelpunkten auf der kreis­ förmigen Torusmittellinie umlaufen und ihre eigenen Dreh­ achsen jeweils die gemeinsame Drehachse der beiden Scheiben schneiden. Durch Verstellung der Rollen derart, daß zwar ihre Mittelpunkte weiter auf der kreisförmigen Torusmittellinie verbleiben, ihre eigenen Drehachsen jedoch so verschwenkt werden, daß der jeweilige Schnittpunkt mit der Drehachse der Scheiben zu einem anderen Punkt wandert, wird das Drehzahl­ verhältnis zwischen Eingangsscheibe und Abtriebsscheibe und folglich das Übersetzungsverhältnis des Getriebes insgesamt verändert.
Ein dem erfindungsgemäßem Getriebe ähnliches Getriebe ist aus der DE-OS 29 25 268 bekannt. Dort ist dasjenige Planetengetriebe, dessen Sonnen­ rad mit dem Eingangsglied der Verstellbaugruppe verbunden ist, als Umkehrplanetengetriebe ausgebildet, und der Planetenradträger dieses Umkehrplanetengetriebes ist über eine in einer Richtung wirkende Klinkenbremse mit dem Gehäuse verbunden. Das andere Planetengetriebe, dessen Sonnenrad mit dem Abtriebsglied der Verstellbaugruppe verbunden ist, ist als Mischplanetengetriebe ausgebildet, und sein Planetenrad­ träger steht mit dem Gesamtgetriebeabtriebsglied in Ver­ bindung und ist außerdem über eine ein- und ausrückbare Kupplung mit dem Abtriebsglied der Verstellbaugruppe verbind­ bar. Im ersten Betriebszustand bei ausgerückter Kupplung setzt sich die Ausgangsdrehbewegung des Planetenradträgers des Mischplanetengetriebes also aus der Eingangsdrehbewegung seines mit dem Abtriebsglied der Verstellbaugruppe verbun­ denen Sonnenrads und der Drehbewegung seines Ringrads zusammen, das mit dem Ringrad des Umkehrplanetengetriebes fest verbunden ist. Im anderen Betriebszustand bei einge­ rückter Kupplung wird die Drehbewegung des Abtriebsglieds der Verstellbaugruppe über die Kupplung direkt auf den Planeten­ radträger des Mischplanetengetriebes und somit auf das Gesamtgetriebeabtriebsglied übertragen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe mit stufenlos verstellbarem Übersetzungsverhältnis, das eine Übersetzungsverhältnis- Verstellbaugruppe und zwei Planetengetriebe aufweist, im Hinblick auf den die Verstell­ baugruppe mit dem Gesamtgetriebeabtriebsglied verbindenden Mechanismus so auszubilden, daß die Getriebedrehzahlen inner­ halb vernünftiger Grenzen gehalten werden können und keine gegenseitige axiale Behinderung zwischen dem Gesamtgetriebe­ abtriebsglied und der erforderlichen gestellmäßigen Festle­ gung des betreffenden Getriebeglieds des Umkehrplanetenge­ triebes auftritt, um als Gesamtgetriebeabtriebsglied ein einfaches massives Zahnrad verwenden zu können, während sonst ein Ringrad als Gesamtgetriebeabtriebsglied erforderlich wäre.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im An­ spruch 1 angegebene Anordnung gelöst.
Das erfindungsgemäße Getriebe arbeitet im ersten Betriebs­ zustand mit ausgerückter Kupplung und eingerückter Bremse, wobei dann die Drehbewegung des Gesamtgetriebeabtriebsglied sich aus der Drehbewegung des Sonnenrads des Mischplanetenge­ triebes, das mit dem Eingangsglied der Verstellbaugruppe ver­ bunden ist, und aus der Drehbewegung der miteinander verbun­ denen Ringräder der beiden Planetengetriebe zusammensetzt, auf welche das mit dem Abtriebsglied der Verstellbaugruppe verbundene Sonnenrad des Umkehrplanetengetriebes seine Drehbewegung über die betreffenden Planetenräder überträgt. Im zweiten Be­ triebszustand ist die Kupplung eingerückt und die Bremse ge­ löst, so daß nun die Drehbewegung des Abtriebsglieds der Ver­ stellbaugruppe über die eingerückte Kupplung direkt auf den Planetenradträger des Mischplanetengetriebes und somit auf das Gesamgetriebeabtriebsglied übertragen wird, während die übrigen Glieder der beiden Planetengetriebe leer mitlaufen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung mehr im einzelnen beschrieben, die einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Getriebe für einen Kraftfahrzeug­ antrieb zeigt.
Das Getriebe ist in einem Gehäuse 1 untergebracht, das an der festen Rahmenkonstruktion des Fahrzeugs (nicht dargestellt) verankert ist und einen Ölsumpf 2 trägt. Ein mit einer Welle 4 umlaufendes Zahnrad 3 stellt das Abtriebsglied des Gesamtgetriebes dar und steht mit einem weiteren Zahnrad 5 in Eingriff, um das Abtriebsdreh­ moment des Getriebes über eine Welle 6 auf das Differential­ getriebe des Fahrzeugs (nicht dargestellt) zu übertragen. Die Eingangswelle 7 des Getriebes ist mit ihrem in der Zeichnung linken Wellenende 8 mit einem Antriebsmotor (nicht dargestellt) zu verbinden.
Eine Versteilbaugruppe 9 der Toroidlaufbahn-Reibrad- Baugruppe bildet die erste Hauptbaugruppe des Getriebes und weist zwei drehfest auf der Welle 7 montierte ein­ seitige Eingangsscheiben 10 und 11 und eine einzige, aber doppelseitige Abtriebssscheibe 12 auf, die auf einem Lager 13 montiert und folglich bezüglich der Welle 7 frei drehbar ist. Die einander zugewandten Toroidflächen der Eingangsscheibe 10 und der einen Seite der Abtriebs­ scheibe 12 bilden Teile der Oberfläche eines einzigen gedachten Torus mit einem Mittellinienkreis 14, und die einander zugewandten Toroidflächen der anderen Eingangs­ scheibe 11 und der anderen Seite der Abtriebsscheibe 12 bilden Teile der Oberfläche eines zweiten ähnlichen gedachten Torus mit einem Mittellinienkreis 15. Eine Gruppe von Rollen 16, von denen nur eine dargestellt ist, überträgt die Antriebsdrehbewegung mit einem bestimmten Übersetzungsverhältnis von der Eingangsscheibe 10 zur einen Seite der Abtriebsscheibe 12, während eine Gruppe von Rollen 17 die Antriebsdrehbewegung mit dem gleichen Über­ setzungsverhältnis von der anderen Eingansscheibe 11 auf die andere Seite der Abtriebsscheibe 12 überträgt. Der die beiden Rollengruppen 16 und 17 tragende und zur jeweils ge­ meinsamen Verstellung dieser Rollen um zu dem jeweiligen Mittellinienkreis 14 bzw. 15 tangentiale Verstellachsen zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen den Eingangsscheiben 10, 11 und der Abtriebsscheibe 12 dienende Mechanismus ist nur teilweise bei 18 bzw. 19 angedeutet und wird nicht mehr im einzelnen beschrieben, da Bauweise und Arbeitsweise eines solchen Mechanismus an sich bekannt sind und daher keinen Teil der Erfindung darstellen.
Ein drehbares glockenförmiges Bauteil 20 übergreift die Eingangsscheibe 11 und die Rollen 17 und verbindet die Abtriebsscheibe 12 mit der zweiten Hauptbaugruppe des Getriebes. Das Bauteil 20 ist mit einer drehbaren Hülse 21 verbunden, die mittels eines Lagers 22 im Gehäuse 1 und mittels eines Lagers 23 auf der Welle 7 gelagert ist. Die Hülse 21 ist sowohl mit dem Sonnen­ rad 24 des Umkehrplanetengetriebes ER als auch mit der einen Hälfte 25 einer Kupplung 26 durch eine Keilverzahnung verbunden, und die andere Hälfte 27 der Kupplung 26 ist mit dem einen axialen Ende des Planetenradträgers 28 des Mischplanetengetriebes EM verbunden. Das andere axiale Ende des Planetenradträgers 28 ist an der Welle 4 befestigt, die mittels eines Lagers 30 im Gehäuse 1 gelagert ist.
Der Planetenradträger 31 des Umkehrplanetengetriebes ER ist an einem Rahmen 32 montiert, der die beweglichen Elemente 33 einer Bremse trägt, und die damit zusammen­ wirkenden Elemente 34 der Bremse sind am Gehäuse 1 befestigt. Das Ringrad 35 des Planetengetriebes ER ist über eine Hülse 36 mit dem Ringrad 37 des Planetengetriebes EM verbunden, so daß die beiden Ringräder 35 und 37 jeweils gemeinsam miteinander umlaufen. Das Sonnenrad 38 des Planetengetriebes EM ist bei 39 mit der Welle 7 verkeilt.
Die Betätigungsmechanismen der Kupplung 26 und der Bremse 33, 34 sind an sich bekannt und nicht näher dargestellt.
Wenn das Getriebe in seinem ersten Betriebszustand arbeitet, ist die Kupplung 26 ausgekuppelt und die Bremse 33, 34 ist eingekuppelt. Der Planetenradträger 31 ist daher drehfest festgelegt und es wird eine Funktion der Drehbewegung V der Abtriebsscheibe 12 über das Bau­ teil 20, die Hülse 21, die drei Elemente, nämlich Sonnenrad 24, Planetenräder und Ringrad 35 des Planeten­ getriebes EM, und die Hülse 36 auf das Ringrad 37 des Planetengetriebes EM übertragen. Die Drehbewegung 1 der Eingangswelle 7 wird direkt dem Planetengetriebe EM mitgeteilt, da das Sonnenrad 38 mit der Welle verkeilt ist, und eine resultierende Drehbewegung von I und der Funktion von V wird auf die Welle 4 und so auf das Getriebeabtriebsglied 3 übertragen, weil die Welle 4 an dem Planetenradträger 28 des Planetengetriebes EM befestigt ist. Um Drehrichtungskompabilität zwischen I und der Funktion V zu erreichen, sind die Planeten­ räder am Planetenradträger 28 in miteinander in Eingriff stehenden Paaren angeordnet, wobei das eine Planeten­ rad 40 jedes Paares außerdem mit dem Sonnenrad 38 und das andere Planetenrad 41 jedes Paares außerdem mit dem Ringrad 37 in Eingriff steht.
Im ersten Betriebszustand des Getriebes befinden sich die Rollen 16 und 17 in ihrer einen Extremstellung in den in Vollinien dargestellten Einstellungen, und das Abtriebsglied 3 läuft in der Rückwärtsdrehrichtung und der für eine gegebene Eingangsdrehzahl von I maximalen Rückwärtsdrehzahl um. Wenn die Einstellung der Rollen nun mittels des Mechanismus 18, 19 verstellt wird, so daß die Rollen jeweils um eine zum jeweiligen Mittel­ linienkreis 14 bzw. 15 tangentiale Verstellachse geschwenkt werden, fällt die Drehzahl des Getriebeabtriebsglieds 3 fortschreitend ab, bis vor dem Erreichen der anderen Extremstellung der Rollen, die durch gestrichelte Linien 16a und 17a angedeutet ist, eine Zwischenstellung erreicht wird, in welcher das Abtriebsglied 3 sich im Stillstand befindet. Wenn die Rollen dann weiter in Richtung auf ihre andere Extremstellung 16a bzw. 17a verstellt werden, beginnt das Abtriebsglied 3 sich in der Vorwärtsrichtung mit zunehmender Vorwärtsdrehzahl zu drehen. Unter Anwendung an sich bekannter Kriterien können die Charakteristiken der Planetengetriebe ER und EM und ihrer miteinander in Beziehung stehenden Elemente so gewählt werden, daß, wenn in jener Zwischenstellung die Bremse 33, 34 gelöst und die Kupplung 26 gleichzeitig eingekuppelt wird und dann die meisten der Getriebeglieder von EM und ER nur mehr leer mitlaufen und die Antriebs­ drehbewegung vom Bauteil 20 über die Hülse 21, die Kupplung 26, den Planetenradträger 28 und die Welle 4 übertragen wird, keine Änderung des Gesamtübersetzungs­ verhältnisses des Getriebes eintritt und daher keine plötzliche Änderung der Drehzahl des Abtriebsgliedes 3 stattfindet. Ein solcher Übergang wird, wie schon erwähnt, bekanntermaßen als "Synchronumschaltung" in den zweiten Betriebszustand bezeichnet, in welchen eine Rückwärtsver­ stellung der Rollen aus ihrer zweiten Extremstellung 16a bzw. 17a zurück in ihrer erstgenannte Extremstellung 16 bzw. 17 eine stetige Zunahme der Vorwärtsdrehzahl des Getriebeabtriebsglieds 3 bewirkt.

Claims (3)

1. Getriebe mit stufenlos verstellbarem Übersetzungsverhält­ nis, das in zwei Betriebszuständen arbeiten kann und zwei Hauptbaugruppen in folgender Anordnung aufweist:
  • - die erste Hauptbaugruppe umfaßt eine Übersetzungsverhält­ nis-Verstellbaugruppe (9), die ein mit einem Antriebsmotor verbindbares Eingangsglied (10, 11) und ein Abtriebsglied (12) aufweist,
  • - die zweite Hauptbaugruppe umfaßt eine Getriebekette mit zwei Planetengetrieben, nämlich einem Umkehrplanetenge­ triebe (ER) und einem Mischplanetengetriebe (EM),
  • - die Getriebekette der zweiten Hauptbaugruppe weist zwei durch die Sonnenräder (24, 38) der beiden Planetengetriebe (ER, EM) gebildete Eingangsglieder auf, von denen das Sonnenrad (38) des Mischplanetengetriebes (EM) mit dem Eingangsglied (10, 11) der Verstellbaugruppe (9) und das Sonnenrad (24) des Umkehrplanetengetriebes (ER) mit dem Antriebsglied (12) der Verstellbaugruppe verbunden ist,
  • - das durch den Planetenradträger (28) des Mischplanetengetriebes (EM) gebildete Abtriebsglied der zweiten Hauptbaugruppe ist mit dem Abtriebsglied (3, 4) des Gesamtgetriebes verbunden sowie über eine ein- und ausrückbare Kupplung (26) mit dem Abtriebsglied (12) der Verstellbaugruppe (9) verbindbar,
  • - der Planetenradträger (32) des Umkehrplanetengetriebes (ER) ist gegenüber dem Gehäuse (1) über eine ein- und ausrückbare Bremse (33, 34) festlegbar, und
  • - die Ringräder (35, 37) der beiden Planetengetriebe (EM, ER) sind fest miteinander verbunden,
  • - die Planetenräder des Mischplanetengetriebes (EM) sind in miteinander in Eingriff stehenden Paaren angeordnet, wobei das eine Planetenrad (40) jedes Paares außerdem mit dem Sonnenrad (38) und das andere Planetenrad (41) außerdem mit dem Ringrad (37) des Mischplanetengetriebes (EM) in Eingriff steht.
2. Getriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellbaugruppe (9) der Toroidlaufbahn-Reibrad- Bauart angehört.
3. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsscheiben (10, 11) und die Abtriebsscheibe (12) der Verstellbaugruppe (9), die beiden Planetengetriebe (EM und ER) und das Gesamtgetriebeabtriebsglied (3) alle koaxial zueinander angeordnet sind.
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