DE3616343A1 - Uebersetzungsgetriebe - Google Patents

Description

VON KREISLER 3 SdHXMtöA LD EISHGLD FUES VON KREISLER KELtER SELTING WERNER

PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler 11973

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Anmelder in : Dr.-Ing. K. Schönwald

MITSUBISHI DENKI ~ "" Dr.J.F.Fues

KABUSHIKI KAISHA DipL-Chem. Alek von Kreisler

2-3, Marunouchi 2-Chome SSaSg

Chxyoda-Ku Dr. H.-K. Werner

Tokyo, Japan

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

D-5000 KÖLN 1

Sgd-Sk

14. Mai 1986

Übersetzungsgetriebe

Die Erfindung betrifft ein Übersetzungsgetriebe nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Es ist ein kleiner mechanischer kontinuierlich variabier Übersetzungsmechanismus unter Verwendung von Zahnrädern bekannt. Ein typisches Beispiel für ein Getriebeelement eines mechanischen kontinuierlich variablen Übersetzungsmechanismus ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 59-42181 (1984) beschrieben. Demgemäß kann ein kontinuierlich variables Übersetzungsgetriebe aus mehreren Sätzen von Rechteckwellen erzeugenden Einrichtungen zusammengesetzt werden. Jedoch besteht ein Satz der Getriebeelemente gemäß dem bekannten Beispiel aus vier nicht-kreisförmigen Stirnzahnrädern und drei Kegelzahnrädern, d.h. insgesamt aus sieben Zahnrädern und basiert auf einer Konstruktion, die aus wenigstens zehn mechanischen Elementen besteht. Für ein kontinuierlich variierbares Übersetzungsgetriebe, das den zuvor beschriebenen Satz Getriebeelemente verwendet,

Telefon: (0221) 131041 · Telex: 888 2307 dopa d -Telegramm: Dompatent Köln

besteht die Schwierigkeit darin, daß eine große Anzahl von mechanischen Elementen als Bestandteile einschließlich spezieller Zahnräder, wie beispielsweise nicht-kreisförmige Zahnräder und Kegelzahnräder erforderlich sind.

Im allgemeinen ist ein Reibgetriebe hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der Drehübertragung überlegen, während ein Nicht-Reibgetriebe, wie beispielsweise ein Zahnradgetriebe, hinsichtlich des Übertragungswirkungsgrades überlegen ist. Jedenfalls kann bei einem Vergleich zwischen dem Reibgetriebe und dem Nicht-Reibgetriebe in bezug auf das konventionelle kontinuierlich variable übersetzungsgetriebe festgestellt werden, daß das bekannte kontinuierlich variable übersetzungsgetriebe das typische Nicht-Reibgetriebeteile darin verwendet, dahingehend einen Nachteil hat, daß es eine bemerkenswert komplexe Konstruktion wie in dem Beispiel der konventionellen Getriebeelemente aufweist. Der Übertragungswirkungsgrad wird durch einen durch die Trägheit der zusammengesetzten mechanischen Elemente und durch die Reibung zwischen den mechanischen Elementen verursachten Verlust reduziert, was zu einem Nachteil führt, der die ursprünglichen Vorteile aufhebt.

Ziel der Erfindung ist es, einen neuen Mechanismus für ein kontinuierlich variables übersetzungsgetriebe zu schaffen. Es ist ferner Ziel der Erfindung, ein Getriebeelement zu schaffen, das auf diesem Mechanismus basiert. Die überlegene Übertragungseffizienz eines solchen Übersetzungsgetriebes ist bekannt, aber dessen Herstellung ist wie bei dem Stand der Technik auf dem Gebiet der kontinuierlich variablen Übersetzungs-

getriebe schwierig. Für diese Übersetzungsgetriebe besteht eine große Nachfrage, beispielsweise für ein Kraftübertragungssystem eines Fahrrades.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuen Mechanismus zu schaffen, der es ermöglicht, ein Getriebe mit stufenloser variabler Übersetzung herzustellen sowie auf der Basis des neuen Mechanismus ein Getriebeelement zu schaffen. Dies wurde bisher auf der Basis des Standes der Technik für schwer durchführbar gehalten, obwohl von der stufenlosen variablen Übersetzung auf dem Gebiet der kontinuierlich variierbaren Übersetzungsgetriebe bekannt ist, daß sie hinsichtlich des Übertragungswirkungsgrades überlegen ist. Für kontinuierlich variable übersetzungsgetriebe besteht eine große Nachfrage in bezug auf Kraftübertragungssysteme beispielsweise eines Autos.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen erfindungsgemäß die Merkmale des Hauptanspruchs.

Das erfindungsgemäße Übersetzungsgetriebe verwendet wenigstens ein Paar nicht-kreisförmiger Zahnräder, dessen Eingriffssteigungslinien sich jeweils entsprechen. Auf das eine nicht-kreisförmige Zahnrad wird die periodisch variierbare Drehungsanzahl auf der Basis einer exponentiell ansteigenden oder abnehmenden Übertragungsweise in bezug auf die Drehgeschwindigkeit des anderen nicht-kreisförmigen Zahnrades übertragen, das kontinuierlich im Eingriff ist mit dem einen nichtkreisförmigen Zahnrad.

- -Γ

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
5

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Figur 1,

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung des Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1,
15

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Zahnradgetriebes,

Fig. 5 ein Querschnitt entlang der Linie V-V in Figur 4,

Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung des Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 4,
25

Fig. 7 eine Draufsicht auf ein modifiziertes Ausführungsbeispiel ,

Fig. 8 einen Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII in Figur 7,

Fig. 9 eine Draufsicht auf ein weiteres modifiziertes Ausführungsbeispiel,

36163A3

Fig. 10 ein Querschnitt entlang der Linie X-X in Figur 9,

Fig. 11 ein Diagramm zur Erläuterung des Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses beider Zahnräder in bezug auf die Verlagerung des ersten nicht-kreisförmigen in Figur 9 gezeigten Zahnrades,
10

Fig. 12 eine Draufsicht auf den Hauptteil eines Geschwindigkeitsänderungsmechanismus in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 13 einen Querschnitt entlang der Linie XIII-XIII

in Figur 12,

Fig. 14 ein Diagramm zur Erläuterung der Kurven, die ein Winkelgeschwindigkeitsverhältnis des zweiten und dritten nicht-kreisförmigen Zahn

rades in bezug auf das erste nicht-kreisförmige Zahnrad gemäß Figur 12 darstellen,

Fig. 15 eine teilweise geschnittene Seitenansicht entlang der Linie XV-XV in Figur 16,

Fig. 16 einen Querschnitt entlang der Linie XVI-XVI in Figur 15,

Fig. 17 ein Diagramm mit einer Kurve, die ein Winkelgeschwindigkeitsverhältnis zwischen der vierten und fünften Welle in bezug auf einen Steuerwinkel für das dritte nicht-kreisförmige Zahnrad in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 16 darstellt und

Fign. 18 und 19 schematische Vorderansichten von nicht kreisförmigen Zahnradgetrieben.

Unter Bezugnahme auf die Fign. 1 und 2 ist mit 10 eine erste Welle, mit 11 ein erstes nicht-kreisförmiges, auf der ersten Welle 10 befestigtes Zahnrad und mit 21 ein zweites nicht-kreisförmiges, auf der zweiten Welle 20 befestigtes Zahnrad bezeichnet. Die erste und die zweite Welle 10, 20 weisen voneinander einen gleichbleibenden Abstand C auf, der von dem Abstand zwischen den Eingriffsmittelpunkten der Wellen bestimmt wird. 12 bezeichnet eine Eingriffssteigungslinie des ersten nicht-kreisförmigen Zahnrades 11 im Geschwindigkeitsänderungsbereich, und 13 bezeichnet eine Eingriffsteigungslinie des gleichen Zahnrades im Rückführbereich. Die Bezugszeichen 22 und 23 bezeichnen Eingriffssteigungslinien des zweiten nicht-kreisförmigen Zahnrades im Geschwindigkeitsänderungs- und Rückführbereich. Außerdem ist beispielsweise der Evolventenzahn in Wirklichkeit entlang jeder Eingriffsteigungskurve vorhanden, aber selbst wenn der Eingriffszahn im Interesse der Erläuterung bezüglich der Drehgeschwindigkeit oder des übertragbaren Drehmomentes in den Zeichnungen weggelassen ist, ist die Eingriffsteigungslinie ohne weiteres verständlich, so daß der Evolventenzahn weggelassen wurde.

Die Eingriffsteigungslinie 12 für den Geschwindigkeitsänderungsbereich ist wie gezeigt zwischen den Punkten Sl und Ll gebildet und weist eine gleiche Gesamtlänge wie die Eingriffssteigungslinie 22 für den Geschwindigkeitsänderungsbereich auf, die, wie darge-

- /-Λ0

stellt, zwischen den Punkten L2 und S2 gebildet ist. Die zwischen dem Punkt Ll und Sl gebildete Eingriffssteigungslinie 13 für den Rückführbereich entspricht ebenfalls in ihrer Gesamtlänge der zwischen den Punkten S2 und L2 gebildeten Eingriffsteigungslinie 23 für den Rückführbereich. Auf diese Weise entspricht die Gesamtzahl der Zähne des ersten nicht-kreisförmigen Zahnrades 11 der Gesamtzahl der Zähne des zweiten nicht-kreisförmigen Zahnrades 21.

Die Bedeutung des nach obigen Erläuterungen konstruierten Zahnradtriebes besteht in der im folgenden diskutierten das Getriebe charakterisierende Winkelgeschwindigkeit. Fig. 3 zeigt ein Diagramm, das das Drehgeschwindigkeitsverhältnis zwischen der ersten Welle 10 und der zweiten Welle 20 darstellt, wobei auf der Abzisse die Winkelstellung θ innerhalb einer vollständigen Umdrehung der ersten Welle 10 aufgetragen ist. Außerdem repräsentiert der Winkel θ die Winkelstellung des Punktes Sl, der sich von dem in Fig. 1 gezeigten und als Nullpunkt gewählten Punkt in Gegenuhrzeigerrichtung bewegt. Auf der Ordinatenachse ist der absolute Zahlenwert, der ein Winkelgeschwindigkeitsverhältnis in bezug auf die Winkelgeschwindigkeit der ersten Welle 10 darstellt, in logarithmischer Teilung aufgetragen. Wenn die Winkelgeschwindigkeit der ersten Welle 10 durch ω l und die der zweiten Welle 20 durch ω2 als Funktion von θ ausgedrückt wird, wird das Winkelgeschwindigkeitsverhältnis zwischen der ersten und zweiten Welle des Zahnradgetriebes durch F(G) = ω2/ωΐ repräsentiert. Da das Diagramm in Fig. 3 eine Korrelation mit der Form des nicht-kreisförmigen Zahnrades gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 aufweist, ist die Zeitspanne, in der sich das erste

nicht-kreisförmige Zahnrad 11 von der in Fig. 1 gezeigten Lage um 1,5 π in Gegenuhrzeigerrichtung dreht, so daß sich der Eingriffspunkt mit dem zweiten nicht-kreisförmigen Zahnrad 21 von den Punkten Sl und L2 zu Ll und S2 bewegt, durch die nach rechts oben geneigte gestrichelte Linie dargestellt. Der Eingriff zwischen den Punkten Sl und L2 und den Punkten Ll und S2 wird als der Eingriffsbereich der Geschwindigkeitsänderung bezeichnet. Der darauffolgende Eingriff zwischen den Punkten Ll und S2 und den Punkten Sl und L2 wird als Rückführeingriffsbereich bezeichnet. Das Zahnradgetriebe ist dadurch gekennzeichnet, daß das Winkelgeschwindigkeitsverhältnis F(Q) im Eingriffsbereich der Geschwindigkeitsänderung, wie in Fig. 3 gezeigt, in Abhängigkeit von der Winkellage Θ logarithmisch geändert wird. Wenn das Verhältnis algebraisch ausgedrückt wird, repräsentiert ein Differentialwert K gegeben durch K = d log F(Q)ZdQ den positiven oder negativen konstanten Differentialwert.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt K = 0,342 Radian ~¹ .

Es ist bei dem zuvor beschriebenen Zahnradgetriebe von grundsätzlicher Bedeutung, das Winkelgeschwindigkeitsverhältnis für die Eingriffsbereichsseite der Geschwindigkeitsänderung festzusetzen. Um den Anwendungseffekt des kontinuierlich variierbaren, im folgenden diskutierten Getriebes zu verbessern, ist es vorteilhafter, den Eingriffsbereich der Geschwindigkeitsänderungsseite mindestens auf π Radian oder mehr als π Radian des Gesamtwinkels, von insgesamt 2 π Radian des ersten nichtkreisförmigen Zahnrades 11 festzulegen. Das Winkelgeschwindigkeitsverhältnis im Eingriffsbereich der Rückführseite ist nicht speziell definiert. Der Eingriffs-

bereich der Rückführseite arbeitet derart, daß beide nicht-kreisförmige Zahnräder 11 und 21 von einer der Endlagen zugeführt werden, nämlich die Punkte Ll und S2 zu den anderen Endlagen, nämlich die Punkte Sl und L2 unter Berücksichtigung eines in der praktischen Anwendung und in bezug auf Trägsheitskräfte zulässigen Änderungsbetrag der Winkelgeschwindigkeit. Bei dem in Fig.

1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Wert 10

K = -1.025 Radian lediglich angenommen.

Die besondere Eigenschaft des Zahnradgetriebes tritt im Winkelgeschwindigkeitsverhältnis zwischen der ersten und zweiten Welle 10,20 in Erscheinung. In den Figuren 4 und 5 ist ein Mechanismus mit zwei Zahnradgetrieben dargestellt. Die Bezugszeichen 10, 11, 20 und 21 bezeichnen in den Figuren 4 und 5 die gleichen Komponenten wie in den Figuren 1 und 2. 31 bezeichnet ein drittes nicht-kreisförmiges Zahnrad, das über ein Lager 34 auf der ersten Welle 10 gelagert ist und das die gleiche Gestalt aufweist, wie das erste nicht-kreisförmige Zahnrad 11. 35 bezeichnet eine Torsionsfeder, die das übertragbare Drehmoment zwischen dem ersten nicht-kreisförmigen Zahnrad 11 und dem dritten nicht-kreisförmigen Zahnrad 31 bestimmt und einen Rotationsphasenwinkel α zwischen dem ersten nichtkreisförmigen Zahnrad 11 und dem dritten nicht-kreisförmigen Zahnrad 31 in Korrelation mit dem Getriebedrehmoment festlegt. 40 bezeichnet eine vierte Welle und 41 bezeichnet ein viertes.nicht-kreisförmiges Zahnrad, das auf der vierten Welle 40 befestigt ist und die gleiche Gestalt aufweist, wie das zweite nicht-kreisförmige Zahnrad 21.

Es ist wesentlich, daß, wie in Figur 4 ersichtlich, das erste und das dritte nicht-kreisförmige Zahnrad 11 und 31, die auf der ersten Welle 10 montiert sind, hinsichtlich des Zentralwinkels eine Phasenverschiebung um α Radian aufweisen. Die Winkelgeschwindigkeiten der Wellen 10, 20 und 40 werden durch ω, ω. ₂ und ω - jeweils wiedergegeben und das Verhältnis zwischen ihnen wird durch die folgenden allgebraischen Gleichungen wiedergegeben

-Tf »ft —1

ω 1 = -ω2 ' e * ^ö * F (θ) ^Χ

und ω 4 = -ω1'β^{Κ(θ +α)}·ρ(θ),
15

so daß eine Gleichung für die Winkelgeschwindigkeit ω 4 von beiden obigen Gleichungen wie folgt erhalten wird

ω 4 _ ü)2 · _e^* α·

Κ« α

Die Gleichung ω 4 = ω2 * e weist die Eigenschaft auf, bei der kontinuierlich variablen Übersetzung des herzustellenden Getriebes anwendbar zu sein. Zusätzlich tritt diese Eigenschaft im Eingriffsbereich der Geschwindigkeitsänderungsseite in Erscheinung und in anderen Bereichen tritt ein Winkelgeschwindigkeitsänderungsverhältnis auf, das von der Gestaltung der Eingriffskurvenlinie des Rückführbereiches abhängt. Figur 6 ist ein Diagramm, daß die änderung des Win-

2Q kelgeschwindigkeitsverhältnisses in der Zeitspanne des Gecchwindigkeitsänderungsbereiches einschließlich anderer Zeitspannen bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 4 und 5 darstellt und daß eine Änderung in dem Winkelgeschwindigkeitsverhältnis ^ω4/^ω2 darstellt, wenn ein steuerbares Objekt als variabler Wert gegeben ist. Auf diese Weise wird die Getriebeübersetzung so ange-

^36163A3

wandt, daß im Eingriffsbereich der nicht-kreisförmigen Zahnräder auf der Geschwindigkeitsänderungsseite ein kontinuierlicher konstanter Wert für das Winkelgeschwindigkeitsverhältnis ^ω4/^ω2 auftritt sowie das variable Winkelgeschwindigkeitsänderungsverhältnis in Korrelation mit dem Phasenwinkel α.

Um ein Getriebe mit kontinuierlich variablen Übersetzungsverhältnis unter Anwendung des zuvor beschriebenen Zahnradgetriebes zu konstruieren, müssen nur Steuermittel für den Phasenwinkel α,

Aufnahmemittel, die von dem Kurvenverlauf des Winkelgeschwindigkeitsänderungsverhältnisses nur den konstanten Wertebereich aufnehmen und

Mittel, die den kontinuierlichen Eingriff der Zahnräder vorsehen, um deren Drehung unter Verwendung lediglich des konstanten Wertebereich fortzusetzen,

verwendet werden, wobei diese Mittel verschiedene Kombinationsmechanismen enthalten. Die Figuren 7 und 8 zeigen ein derartiges Ausführungsbeispiel, bei dem der Phasenwinkel α von jeweils einer Torsionsfeder 35 in Korrelation mit dem übertragbaren Drehmoment gesteuert wird. Eine Einwegkupplung 44 wird verwendet, um lediglich den konstanten Wertbereich von dem Kurvenverlauf des Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses aufzunehmen. Die vier Wellen entsprechen der ersten Welle 10 und sind um die gemeinsame Achse der zweiten Welle 20 und der vierten Welle 40 in Art eines Planetengetriebes und jeweils um eine halbe Phase verschoben angeordnet, wodurch, um die Drehungen der im Eingriff befindlichen Zahnräder fortzusetzen, nur der Konstantwertbereich verwendet wird.

In den Figuren 9 und 10 ist ein modifiziertes Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Eingriffsteigungslinien 12 und 13 verlaufen von dem Punkt SIa zu LIa und von dem Punkt SIb zu LIb. Die Eingriffsteigungslinien 22 und 23 verlaufen von dem Punkt L2a zu S2a und von dem Punkt L2b zu S2b, wobei die Eingriffssteigungskurven 12 und 13 hinsichtlich ihrer Gesamtlänge so lang sind wie die EingriffSteigungslinien 22 und 23. Auf diese Weise entspricht die Gesamtanzahl der Zähne des ersten nichtkreisförmigen Zahnrades 11 der des zweiten nicht-kreisförmigen Zahnrades 21.

Das Getriebe mit nicht-kreisförmigen Zahnrädern ist hinsichtlich der Winkelgeschwindigkeitscharakteristik, die im folgenden erläutert wird, von Bedeutung. Figur 11 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen den Winkelgeschwindigkeiten des ersten und zweiten nichtkreisförmigen Zahnrades 11 und 21 darstellt. Die Ab- zissenachse repräsentiert die Skala einer Winkellage θ während einer vollständigen Umdrehung des ersten nicht-kreisförmigen Zahnrades 11 in Gegenuhrzeigerrichtung. Die in Figur 9 gezeigte Postition, d.h. die Lage, in der die Zahnräder an den Punkten SIa und L2a miteinander in Eingriff sind, ist als Nullstellung gewählt. Die Ordinatenachse repräsentiert das Winkelgeschwindigkeitsverhältnis zwischen dem zweiten nichtkreisförmigen Zahnrad 21 und dem ersten nicht-kreisförmigen Zahnrad 11 in logarithmischer Teilung.

Die Winkelgeschwindigkeit des ersten nicht-kreisförmigen Zahnrades 11 wird durch ωΐ und die des zweiten nicht-kreisförmigen Zahnrades 21 wird durch ^ω2 als Funktion von θ wiedergegeben. Ein Winkelgeschwindigkeits-

" Up

verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten nichtkreisförmigen Zahnrad 11 und 21 ist gegeben durch die Gleichung F(Q) = ^ω2/^ω1. In dem Diagramm der Figur 11 gibt die sich nach rechts oben erstreckende unterbrochene Linie auf der linken Seite den Zustand wieder, in dem sich das erste nicht-kreisförmige Zahnrad 11 um κ Radian in Gegenuhrzeigerrichtung von der in Figur 9 gezeigten Lage dreht, und sich die Eingriffspunkte SIa und L2a mit dem zweiten nicht-kreisförmigen Zahnrad 21 zu den Punkten LIa und S2a verschieben. Die gleiche unterbrochene Linie wie zuvor beschrieben, repräsentiert auf der rechten Seite den Zustand in dem Fall, in dem das erste nicht-kreisförmige Zahnrad 11 sich weiterhin um π Radian dreht.

Das Getriebe wird dadurch gekennzeichnet, daß, wie in Figur 11 gezeigt, ein logarithmischer Wert des Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses F(Θ) in linearer Abhängigkeit von der Winkelstellung θ verändert wird. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 11 repräsentiert, wenn die logarithmischen Werte algebraisch dargestellt werden, ein Differentialwert K, gegeben durch
K = d log F(9)/d θ den Konstantwert. Das Ausführungsbeispiel der Figur 9 verwendet K = 0,2206 Radian"" .

Die bei dem kontinuierlich variablen Übersetzungsgetriebe anwendbare besondere Eigenschaft hinsichtlich des Winkelgeschwindigkeitsverhälntisses zwischen dem ersten und zweiten nicht-kreisförmigen Zahnrad 11 und 21 tritt wie zuvor erwähnt in Erscheinung.

In den Figuren 12 und 13 ist ein weiteres modifiziertes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die mit dem Bezugszeichen 10 bis 13 und 20 bis 23 bezeichneten

Komponenten die gleichen sind wie in Figur 9. Das Bezugszeichen 31 bezeichnet ein drittes nicht-kreisförmiges Zahnrad, das an einer dritten Welle 30 befestigt ist und die gleiche Form aufweist wie das zweite nicht-kreisförmige Zahnrad 21.

Die dritte Welle 30 ist um die erste Welle 10 herum angeordnet und weist von einer zweiten Welle 20 einen Winkelabstand von (π + α) Radian auf, was von wesentlicher Bedeutung ist. Mit anderen Worten, da das erste nicht-kreisförmige Zahnrad 11 bei jedem Zentralwinkel von π Radian seine gleiche Form wiederholt, ist der Zentralwinkel von (ττ + α) im wesentlichen gleich dem Zentralwinkel von α Radian, um den das Zahnrad gedreht worden ist. Die Winkelgeschwindigkeiten des ersten, zweiten und dritten nicht-kreisförmigen Zahnrades 11, 21 und 31 werden von algebraischen Werten ^ω1, ^ω2 und ^3 wiedergegeben. Deren Funktion sind durch die folgenden algebraischen Ausdrücke gegeben:

U)₂?= -CO₁- e^K*⁶· ¥{B) und

. 0,3--(O₁- e^K<^{6 +α}>. Ρ(θ),

Κ· ^α
wodurch der Ausdruck ω3/ω2 = e der Winkelgeschwindigkeit von den beiden zuvor genannten Gleichungen erhalten wird. Die Winkelgeschwindigkeitsgleichung ω3/ω2

ν. α
= e kennzeichnet die bei kontinuierlich variablen

Übersetzungsgetrieben anwendbare Ubersetzungscharakteristik.
30

Wenn der Zentralwinkel α in Figur 12, der die Position des nicht-kreisförmigen Zahnrades 31 in bezug auf das nicht-kreisförmige Zahnrad 21 angibt, als variabler Wert gegeben ist, kann die Änderung bezüglich des Win-

kelgeschwindigkeitsverhältnisses zwischen den nichtkreisförmigen Zahnrädern 21 und 31 in Figur 14 entnommen werden. In Figur 14 ist dargestellt, daß der Konstantwert kontinuierlich hinsichtlich des Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses ^ω3/^ω2 bei einer Kombination auftritt, die die Paare nicht-kreisförmiger Zahnräder verwendet, und daß das Winkelgeschwindigkeitsverhältnis in Korrelation mit dem Wert α variiert.

Um ein Getriebe mit kontinuierlich variabler Über-

Setzung unter Verwendung dieses modifizierten Ausführungsbeispiels zu konstruieren, müssen nur

Mittel zum variablen Steuern des Zentralwinkels α,
15

Konstantgeschwindigkeits-Anwendungsmittel, die nur den Konstantwertebereich aus dem Kurvenverlauf des Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses aufnehmen und

Mittel angewandt werden, die den kontinuierlichen Eingriff der Zahnräder untereinander bei gleichem Winkelgeschwindigkeitsverhältnis vorsehen, wobei diese Mittel verschiedene Arten kombinierter Mechanismen einschließen.

In den Figuren 15 und 16 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Übersetzungsgetriebes gezeigt, das die kontinuierlich variable übersetzung anwendet und bei dem ein Zentralwinkel ex von außen steuerbar ist. Zur Steuerung der Konstantgeschwindigkeit wird eine Einwegkupplung 37 verwendet und für den kontinuierlichen Eingriff werden das erste, zweite und dritte nichtkreisförmige Zahnrad 11a, 21a und 31a als ein Zahnradsatz verwendet, wobei das erste, zweite und dritte

ie

nicht-kreisförmige Zahnrad lib, 21b und 31b als der andere Zahnradsatz verwendet wird. Das Bezugszeichen 44 bezeichnet eine vierte Welle, die ein kreisförmiges Zahnrad 45 in starrer Verbindung trägt. Das Bezugszeichen 24 bezeichnet eine zweite Welle, die ein kreisförmiges Zahnrad 25, das im Eingriff mit dem kreisförmigen Zahnrad 45 befindlich ist, sowie zwei nicht-kreisförmige Zahnräder 21a und 21b trägt. Eine erste Welle 14 trägt in starrer Verbindung das erste nicht-kreisförmige Zahnrad 11a sowie das andere erste nicht-kreisförmige Zahnrad 11b drehbar über ein Lager 16. Eine dritte Welle 34 trägt dritte nicht-kreisförmige Zahnräder 31a und 31b über jeweils eine Einwegkupplungseinrichtung 37 sowie in starrer Verbindung ein kreisförmiges Zahnrad 35. Eine fünfte Welle 54 trägt in starrer Verbindung ein kreisförmiges Zahnrad 55, das im Eingriff mit dem kreisförmigen Zahnrad 35 befindlich ist. In einem starren Rahmen 61 sind die Wellen 44, 54 koaxial gelagert sowie die zweite Welle

24. Ein beweglicher Rahmen 62 ist an den Wellen 44 und 54 aufgehängt und trägt die Welle 34, so daß ein Zentralwinkel α der dritten Welle 34 um die erste Welle 14 in bezug auf die zweite Welle 24 kontinuierlich und variabel auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann.

Die zwei zweiten nicht-kreisförmigen Zahnräder 21a und 21b sind an der zweiten Welle 24 unter einem relativen Winkel zueinander von π/2 Radian fixiert. Die Einwegkupplung 37 weist eine Übertragungsfunktion in nur einer Richtung auf, um so ein Drehmoment von den nicht-kreisförmigen Zahnrädern 31a und 31b auf die Welle 34 nur in der dargestellten Drehrichtung zu übertragen.

Bei einem solchen Zahnradgetriebe wird, wenn die vierte Welle 44 eine Winkelgeschwindigkeit von ^ωϊ erhält, eine Winkelgeschwindigkeit ^uu von der fünften Welle 5 4 ausgegeben, die von dem Winkelgeschwindigkeitsverhältnis in Korrelation mit dem steuerbaren Winkel ^α geändert wird. Da der Winkel α in stufenloser und kontinuierlicher Weise steuerbar ist, ist das Winkelgeschwindigkeitsverhältnis ^ω u/ ¹^i ein stufenloser kontinuierlicher Wert. Figur 17 ist ein charakteristisches Diagramm, daß die Relation zwischen dem steuerbaren Winkel α und dem Winkelgeschwindigkeitsverhältnis ^u/^ωχ zeigt.

Bei den obigen Ausführungsbeispielen wurden die Eingriff skurven der ersten, zweiten und dritten nichtkreisförmigen Zahnräder unter Verwendung des periodischen Winkels π Radian und die Wiederholung der gleichen Form erläutert. Jedoch ist der periodische Winkel nicht durch das Obige beschränkt.

Alle Paare nicht-kreisförmiger Zahnräder, nämlich solche, bei denen das periodische Winkelmaß der Eingriffssteigungslinie des ersten nicht-kreisförmigen Zahnrades durch 2 π /m (m ist eine natürliche Zahl) im periodischen Winkelmaß des ersten nicht-kreisförmigen Zahnrades gegeben ist und solche, bei denen die Eingriffsteigungslinie des zweiten nicht-kreisförmigen Zahnrades durch 2 π/η (η: riatürliche Zahl) in dem periodischen Winkelmaß des zweiten nicht-kreisförmigen Zahnrades gegeben ist, sind theoretisch als Element des Getriebes mit kontinuierlich variablen Übersetzungsmechanismus anwendbar.

Ιή

Ein modifiziertes Ausführungsbeispiel für ein Getriebe mit nicht-kreisförmigen Zahnrädern, bei dem beide Zahnräder hinsichtlich der periodischen Winkel unterschiedlieh sind, ist in den Figuren 18 und 19 gezeigt.

In Figur 18 wurde für die periodischen Winkel m = 3 und η = 2 verwendet. Ein erstes nicht-kreisförmiges Zahnrad lic weist drei Eingriffssteigungslinien 12c aufeinanderfolgend auf, wobei jeder periodischer Winkel 2 π/3 beträgt. Ein zweites nicht-kreisförmiges Zahnrad 21c weist zwei Eingriffssteigungslinien 22c aufeinanderfolgend auf, wobei jeder periodischer Winkel 2 ττ/2 beträgt. Daher dreht sich das zweite nicht-kreisförmige Zahnrad 21c um eine halbe Drehung, wenn sich das erste nicht-kreisförmige Zahnrad lic um ein Drittel Umdrehung dreht.

Figur 19 zeigt den Fall, in dem m = 2 und η = 1 ist.

Das erste nicht-kreisförmige Zahnrad lld weist zwei aufeinanderfolgende Eingriffslinien auf, wobei jeder periodische Winkel jeweils 2 π /2 beträgt. Ein zweites nicht-kreisförmiges Zahnrad 2Id weist eine Eingriffssteigungslinie mit einem periodischen Winkel von 2ττ Radian auf. Daher dreht sich das zweite nicht-kreisförmige Zahnrad 21d einmal, wenn das erste nicht-kreisförmige Zahnrad lld eine halbe Umdrehung ausführt, mit anderen Worten, das zweite nicht-kreisförmige Zahnrad dreht sich immer normalerweise l/n mal, während der normalen l/m Drehung des ersten nicht-kreisförmigen Zahnrades.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel ist das erste nicht-kreisförmige Zahnrad zusätzlich im Durchmesser

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größer als das zweite nicht-kreisförmige Zahnrad, so daß m > η gilt. Alternativ kann das zuletzt genannte Zahnrad im Durchmesser größer sein als das zuerst genannte, so daß m < η gilt.

Ein Getriebe mit einer kontinuierlich variablen Übersetzung unter Verwendung von Zahnrädern mit einer nicht auf Reibkraft beruhenden Kraftübertragung kann aus einer geringeren Anzahl mechanischer Elemente im Vergleich zu konventionellen Getriebeeinrichtungen zusammengesetzt werden. Die Verwendung dieser Getriebeeinrichtung führt zu dem Effekt, daß eine mechanische kontinuierliche variable Kraftübertragung mit hohem Übertragungswirkungsgrad unter Ausnutzung des Vorteils einer nicht auf Reibung beruhenden Kraftübertragung vorgesehen werden kann.

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Claims (5)

1. ANSPRÜCHE

   Übersetzungsgetriebe mit einer ersten Welle, mit einem ersten nicht-kreisförmigen auf der ersten Welle fixierten Zahnrad, mit einer zweiten Welle und mit einem zweiten nicht-kreisförmigen auf der zweiten Welle fixierten Zahnrad, wobei das erste nicht-kreisförmige und das zweite nicht-kreisförmige Zahnrad kontinuierlich im Eingriff drehbar sind und dadurch eine Drehantriebskraft zwischen der ersten und zweiten Welle übertragbar ist,
   dadurch gekennzeichnet,
   daß,

   - wenn der Absolutwert I ω2/ω1 J des Verhältnisses einer Winkelgeschwindigkeit ^ω2 der zweiten Welle (20) in bezug auf eine Winkelgeschwindigkeit ^ω1 der ersten Welle (10) durch F(G) als Funktion der Winkelstellung θ der ersten Welle (10) angegeben wird,

   - ein Eingriffsdrehbereich, bei dem ein Differentialwert K, der in einer Differentialgleichung in Abhängigkeit von der Winkelstellung θ durch

   K = d log F(G)/de

   gegeben ist, kontinuierlich einen positiven oder negativen Konstantwert darstellt,
   in der Form der Eingriffsteigungslinien des ersten nicht-kreisförmigen und des zweiten nicht-kreisförmigen Zahnrades (11,21) vorgesehen ist.
2. 2. Übersetzungsgetriebe mit einer ersten Welle, mit einem ersten nicht-kreisförmigen auf der ersten Welle fixierten Zahnrad, mit einer zweiten Welle und mit einem zweiten nicht-kreisförmigen auf der zweiten Welle fixierten Zahnrad, wobei das erste nicht-kreisförmige und das zweite nicht-kreisförmige Zahnrad kontinuierlich im Eingriff drehbar sind und dadurch eine Drehantriebskraft zwischen der ersten und der zweiten Welle übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß,

   wenn der Absolutwert ^ω2/^ω1 des Verhältnisses einer Winkelgeschwindigkeit ^ω 2 des zweiten nicht-kreisförmigen Zahnrades (21) in bezug auf eine Winkelgeschwindigkeit ^ω1 des ersten nicht-kreisförmigen Zahnrades (11) durch F(G) als Funktion der Winkelstellung θ des ersten nicht-kreisförmigen Zahnrades (11) angegeben wird,

   ein Eingriffsdrehbereich bei dem ein in einer Differentialgleichung in Abhängigkeit von der Winkelverlagerung β gegebener Differentialwert K in der Form
   K = d log F(Q)ZdQ

   einen konstanten oder nahezu konstanten Wert darstellt, in Gestalt der Eingriffsteigungslinien des ersten und zweiten nicht-kreisförmigen Zahnrades (11,21) über einen Bereich von 2 π Radian des Wertes der Winkelverlagerung θ des ersten nicht-kreisförmigen Zahnrades (11) vorgesehen ist.
3. 3. Übersetzungsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffsdrehbereiche

   dort, wo die jeweiligen Differentialwerte K einen konstanten oder nahezu konstanten Wert darstellen, in Gestalt von Eingriffssteigungslinien der ersten und zweiten nicht-kreisförmigen Zahnräder (11,21) über einen Bereich von 2 ^π /m Radian in Werten der Winkelverlagerung θ des ersten nicht-kreisförmigen Zahnrades und an m Stellen hintereinander vorgesehen sind, wobei m eine natürliche Zahl ist.
4. 4. Übersetzungsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die EingriffSteigungslinien des zweiten nicht-kreisförmigen Zahnrades an η Stellen in Folge gestaltet sind, wobei η eine natürliche Zahl ist, so daß sich das zweite nicht-kreisförmige Zahnrad während das zweite nicht-kreisförmige Zahnrad sich η-mal dreht zwangsläufig immer einmal dreht.
5. 5. Übersetzungsgetriebe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffsteigungslinien des ersten nicht-kreisförmigen Zahnrades an m Stellen und die Eingriffssteigungslinien des zweiten nicht-kreisförmigen Zahnrades an η-Stellen in Folge gestaltet sind, wobei η und m natürliche Zahlen sind, so daß das zweite nicht-kreisförmige Zahnrad sich immer 1/n-mal dreht, während sich das erste nicht-kreisförmige Zahnrad zwangsläufig 1/m-mal dreht.