DE3913588A1

DE3913588A1 - Stufenlos regelbares flachriemenuebersetzungsgetriebe mit einer geschwindigkeitssteuerung

Info

Publication number: DE3913588A1
Application number: DE3913588A
Authority: DE
Inventors: Emerson Lawrence Kumm
Original assignee: Kumm Ind Inc
Current assignee: Kumm Ind Inc
Priority date: 1988-07-05
Filing date: 1989-04-25
Publication date: 1990-01-11
Also published as: GB8904229D0; FR2634848A1; JPH0226356A; GB2220451A; US4824419A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich stufenlos re gelbarer Übersetzungsgetriebe (CVT) und insbesondere ein Flachriemenübersetzungsgetriebe mit einer Geschwindigkeits steuerung.

Stufenlos regelbare Übersetzungsgetriebe der Klasse, die weitgehend dadurch charakterisierbar ist, daß ein Riemen ein Paar von Riemenscheiben verbindet, welche jede einen mehr oder weniger stufenlosen Bereich effektiver Durchmesser an nehmen können, fallen grundsätzlich in zwei Kategorien, näm lich:

a) solche, bei denen V-Riemen oder Variationen davon (bei spielsweise Gliederriemen oder Ketten) zur Übertragung der Kraft von einer Riemenscheibe zur anderen verwendet werden, und
b) Systeme, bei welchen flache, flexible Riemen zwischen den Riemenscheiben mit veränderlichem Durchmesser verwendet wer den.

In der Fachwelt werden CVT′s bevorzugt, welche flache, flexi ble Riemen verwenden und signifikante und fundamentale Vor teile gegenüber solche Systemen aufweisen, die V-Riemen ver wenden. Im Falle der letzteren werden die Riemen auf unter schiedliche Weise hergestellt und haben einen trapezförmigen Querschnitt, der Riemen überträgt die Drehbewegung mit einer Geschwindigkeit von einer Kraftquelle (wie einer Maschine oder einem Motor) zu einer Ausgangswelle mit einer anderen Geschwindigkeit, wobei das Geschwindigkeitsverhältnis in ei ner kontinuierlichen Weise in Abhängigkeit von der Geometrie des Riemens und Riemenscheibensystems von einem Minimum zu einem Maximum variiert wird. Der V-Riemen wird zwischen wei chen, konischen Scheibenbereichen in jeder der zwei Riemen scheiben durch äußere Axialkräfte komprimiert, welche in den Bereichen wirken, um Spannnung oder Kompression auf den Rie men auszuüben und Reibung zwischen den Seiten des Riemens in den Scheibenbereichen zu erzeugen, um einem Durchrutschen vorzubeugen. Im Betrieb tritt ein Kraftungleichgewicht auf, welches durch Änderungen in der axialen Belastung der Schei benbereiche begründet ist und bewirkt, daß der V-Riemen seine radiale Position in den zwei Riemenscheiben verändert, bis ein Kraftgleichgewicht oder ein Bereichsbegrenzungsanschlag erreicht ist.

Bei einem hohen übertragenden Drehmoment resultieren die er forderlichen Axialkräfte, welche auf die Scheiben ausgeübt werden, in große Druckkräfte auf den V-Riemen, wodurch erfor derlich ist, daß der Riemen eine entsprechende Dicke auf weist, um seinen axialen Zusammenbruch oder Fehler zu vermei den. Diese Dickenerhöhung erhöht auch die Zentrifugalkräfte des Riemens und somit die Spannungsbelastung des Riemens. Zu sätzlich muß bei Erhöhung der Riemendicke die Riemen scheibengröße aufgrund der höheren Belastungsbeanspruchung und einem gegebenen konstruktionsbedingten minimalen Riemen scheibenradius erhöht werden. Weiterhin muß der typische V- Riemen ständig entgegen der kompressiven Scheibenbelastung "herausgezogen" werden, um jede Riemenscheibe zu verlassen, woraus erhebliche Reibungsverluste und Riemenermüdungen re sultieren, welche die gesamte Effizienz des Systems und die Betriebslebensdauer des Riemens beeinflussen. Konsequenter weise, obwohl verschiedene Geschwindigkeitsriemenscheibenan triebe in einem weiten Bereich von Anwendungen erfolgreich V- Riemen angewendet haben, sind sie hinsichtlich ihrer Kraftfä higkeiten für wettbewerbsfähige kleinere Ausführungen strikt limitiert.

Als ein Ergebnis dieser dem Gebrauch von V-Riemen in stufen los regelbaren Übersetzungsgetrieben eigenen Nachteile wurde eine zweite Kategorie entwickelt, welche allgemein mit Flachriemenantrieb mit stufenlos regelbarer Übertragung be zeichnet werden kann. Wie der Namen schon sagt, werden Flachriemen zwischen antreibenden und angetriebenen Riemen scheibenvorrichtungen verwendet, welche in ihrem Durchmesser dynamisch und individuell variabel sind, um die nachgesuchten Verhältnisse zu erreichen. Keine axiale Bewegung zwischen den beiden Riemenscheibenfelgen ist notwendig. Auf der anderen Seite ist es notwendig, auf irgendeine Weise die Durchmesser veränderungen der jeweiligen Riemenscheibenvorrichtung zu be wirken, und in einem speziellen effektiven System wird diese Funktion erreicht, indem ein Feld von Antriebselementen in jeder Riemenscheibe veranlaßt wird, zusammenwirkend radial ein- oder auswärts zu übersetzen, was angemessen sein kann, um einen gegebenen effektiven Durchmesser der Riemenscheiben vorrichtung zu erzielen. Variable Geschwindigkeitsflachrie menübersetzungen dieses speziellen Typs und ihre dazugehörigen Kontrollsystems sind in den folgenden Druckschriften offen bart: US-PS 40 24 772, US-PS 42 95 836, US-PS 45 91 351 und US-PS 47 14 452, sowie den US-Patentanmeldungen 0 51 922, vom 19. Mai 1987, und 1 32 783, vom 14. Dezember 1987, alle von Emerson L. Kumm. In allen außer der ersten genannten Patentschrift bein halten die Hauptkomponenten der Riemenscheiben mit variablen Durchmesser ein Paar von Riemenscheiben, welche dort eine Reihe von Riemenantriebselementen aufspannen, welche simultan sowohl radial als auch in Umfangsrichtung bewegt werden. In einer beispielhaften Konstruktion ist eine Reihe von 24 Füh rungsriemenelementen derart angeordnet, daß ein Winkel von 15° verbleibt, wodurch der Riemen von einem Riemenantriebs element tangential abhebt im Vergleich zu dem direkt benach barten Riemenantriebselement.

Jede Riemenscheibenvorrichtung umfaßt zwei Sätze von zwei Scheiben (entsprechend bezeichnet als die innere Führungs scheibe und die äußere Führungsscheibe in jedem Paar), welche parallel zueinander liegen und wobei die inneren und äußeren Führungsscheiben jedes Satzes direkt benachbart zueinander angeordnet sind. Jede der Führungsscheiben eines benachbarten Paares weist eine Serie von spiralförmigen Vertiefungen oder Führungen auf, wobei die Führungen eines Paares in entgegen gesetzter Richtung angeordnet sind, so daß die Enden der Rie menantriebselemente in den Zwischenräumen der Spiralführungen aufgenommen werden. Somit kann die radiale Einstellung der Riemenantriebselemente erreicht werden, indem eine vorüberge hende relative Drehbewegung zwischen der inneren und äußeren Führungsscheibe erzeugt wird, um ihre Winkelbeziehungen zu ändern, wobei dieser Betrieb natürlich simultan und koordi niert an beiden Sätzen von Führungsscheiben der Riemenschei benvorrichtung stattfindet.

Die Offenbarungen der oben benannten Patente und Patentanmel dungen von E. L. Kumm umfassen Kontrollsysteme zur effektiven Einstellung der Zwischenwinkelbeziehung zwischen den inneren und äußeren Führungsscheiben einer jeden Riemenscheibenvor richtung, wie sie in einer CVT verwendet werden, beispiels weise in einer Anmeldung bzgl. einer automatischen Überset zung für ein Fahrzeug. Der Fachmann wird begrüßen, daß die extrem präzise Einstellung des Geschwindigkeitsverhältnisses zwischen den Riemenscheibenvorrichtungen in einer solchen Um gebung nicht benötigt wird und durch die Kontrollsysteme des Standes der Technik auch nicht angegeben wird. Entsprechend ist die manuelle Einstellung eines präzisen Geschwindigkeits verhältnisses weder erforderlich noch erzielt.

Demgegenüber gibt es andere Anwendungen für CVTs, unter an derem in Fahrzeugen, bei denen es sehr wünschenswert ist, eine sehr präzise Einstellung des Geschwindigkeitsverhältnis ses zu erzielen. Beispielsweise ist es in der sogenannten Neutralkonfiguration eines Automatic-Übersetzungsgetriebes für ein Fahrzeug notwendig, daß, unter bestimmten Bedingun gen, das Geschwindigkeitsverhältnis auf einen sehr präzisen Wert eingestellt und aufrechterhalten wird, da sonst ein rückgekoppeltes Drehmoment in der Übersetzung aufgebaut wird und einen Fehler der Zahnräder usw. bewirken kann. Als wei teres Beispiel gibt es CVT-Anwendungen, die nicht für ein Fahrzeug bestimmt sind, wie in angetriebenen Präzisionswerk zeugen, bei denen es von Vorteil ist, die Möglichkeit zum ma nuellen Anlassen zu haben, und anschließend ein eng definier tes Geschwindigkeitsverhältnis sehr nahe aufrechterhalten wird. Die aus dem Stand der Technik bekannten Kontrollsysteme für Flachriemen-CVTs sind jedoch einfach nicht in der Lage, das Geschwindigkeitsverhältnis in der für derartige Anwendun gen notwendigen Präzision zu erreichen und/oder einzustellen, so daß die Verwendung einer Flachriemen-CVT in derartigen An wendungen deshalb ausgeschlossen wurde. Meine Erfindung ist darauf gerichtet, eine sehr enge Kontrolle des Geschwindig keitsverhältnisses in einem Flachriemen-CVT zu erzielen.

Es ist somit eine weitreichende Aufgabe meiner Erfindung, eine verbesserte, stufenlos regelbare Flachriemenübertragung bereit zu stellen.

Es ist eine weitere Aufgabe meiner Erfindung, eine solche stufenlos regelbare Übertragung bereit zu stellen, die eine Geschwindigkeitssteuerung zur sehr präzisen Einstellung und Aufrechterhaltung des Geschwindigkeitsverhältnisses zwischen antreibenden und angetriebenen Riemenscheibenvorrichtungen aufweist.

Es ist eine weitere Aufgabe meiner Erfindung, eine solche Ge schwindigkeitssteuerung bereit zu stellen, welche sowohl für den manuellen als auch automatischen Betrieb anwendbar ist.

Es ist eine weitere Aufgabe meiner Erfindung, ein solches System bereit zu stellen, welches vergleichsweise kompakt, leicht, einfach und billig ist.

Kurz gesagt werden diese und andere Aufgaben meiner Erfindung durch Bereitstellung eines Zahnradkontrollsystems in einer Flachriemen-CVT des Typs, in welchem der effektive Durchmes ser einer jeden Riemenscheibenvorrichtung erreicht wird, in dem die Winkelbeziehungen zwischen Sätzen innerer und äußerer Führungsscheiben mit logarithmischen Spiralen, welche im ent gegengesetzten Sinne angeordnet sind und an ihren Schnitt punkten Riemenantriebselemente aufweisen, eingestellt werden, gelöst. Diese Sätze innerer und äußerer Führungsscheiben sind über ein Planetengetriebesystem verbunden, welches eine Kom ponente aufweist, die extern zur Einstellung der Winkelbezie hung zwischen den Sätzen innerer und äußerer Führungsscheiben bedient werden kann. Insbesondere sind die Sätze innerer und äußerer Führungsscheiben mit axial ausgerichteten Sonnenrä dern verbunden. Ein erstes Sonnenrad ist von einer Mehrzahl von Sternrädern umgeben und mit diesen im Eingriff, deren Wellen im Hinblick auf die Welle des ersten Sonnenrades befestigt und positioniert sind. Ein zweites Sonnenrad ist von einer Mehrzahl von Planetenrädern umgeben und mit diesen im Eingriff, welche um das zweite Sonnenrad infolge ihrer La gerung auf einem drehbaren Planetenträger umlaufen können. Die Sternen- und Planetenräder sind jeweils im Eingriff mit dem gleichen innenverzahnten Ring, und ein außenverzahnter Ring auf dem Planetenträger ist im Eingriff mit einem keitskontrollritzel, welche mit der von außen bedienbaren Struktur verbunden ist. Für die antreibende Riemenscheiben vorrichtung kann die von außen bedienbare Struktur einer Handkurbel, ein Motor, ein Generator, eine Pumpe oder andere je nach gegebener Umgebung entsprechende Vorrichtung. Für die angetriebene Riemenscheibenvorrichtung kann die von außen be dienbare Struktur eine Lastvorrichtung, wie ein Hydraulikmo tor/-pumpe oder ein elektrischer Motor/Generator sein, welche jeweils Rotationsenergie absorbieren oder liefern können. So mit bewirkt das Drehen der Handkurbel einen Wechsel in der Winkelbeziehung zwischen dem ersten und zweiten Sonnenrad und, konsequenterweise zwischen den Sätzen innerer und äuße rer Führungsscheiben der antreibenden Riemenscheibenvorrich tung, um den effektiven Durchmesser der antreibenden Riemen scheibenvorrichtung zu ändern. Die angetriebene Riemenschei benvorrichtung unterliegt simultan einer Änderung des effek tiven Durchmessers in der entgegengesetzten Richtung aufgrund der festgelegten Länge des Flachriemens, welcher die Riemen scheibenvorrichtungen verbindet, und dem festgelegten Abstand zwischen deren Achsen. In einer bevorzugten Ausgestaltung, welche insbesondere für kritische Anwendungen geeignet ist, wird der Feinheitsgrad, mit welchem das Geschwindigkeitsver hältnis zwischen der antreibenden und angetriebenen Riemen scheibenvorrichtung eingestellt und aufrechterhalten werden kann, dadurch erhöht, daß eine Getriebereduktionsvorrichtung zwischen einem der Sonnenräder und dem Satz von Führungs scheiben, mit welchen dieses verbunden ist, angeordnet ist. Eine spezielle und geeignete Getriebereduktionsvorrichtung zur Durchführung dieser Funktion ist ein harmonischer An trieb. Weiterhin erlaubt die Verwendung des harmonischen An triebs, daß die Drehmoment- und Kraftanforderungen der exter nen Kontrolle größtenteils reduziert werden können.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Er findung anhand der Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine antreibende und eine angetriebene Riemenscheibenvorrichtung, ver bunden durch einen Flachriemen, repräsentativ für die Klasse einer erfindungsgemäßen CVT,

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 ge mäß Fig. 1 eines Riemenscheibenvorrichtungs systems,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer Riemenscheibenvorrichtung, ins besondere die Beziehung zwischen den inneren und äußeren Führungsscheiben und Riemenan triebselementkomponenten,

Fig. 4 eine vereinfachte Schnittansicht einer Flachriemen-CVT, insbesondere die fundamenta len Aspekte der mechanischen Komponenten des erfindungsgemäßen Kontrollsystems zur Ein stellung der Winkelbeziehungen zwischen den inneren und äußeren Führungsscheiben einer jeden Riemenscheibe,

Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie 5-5 ge mäß Fig. 4, insbesondere eine Planetenge triebevorrichtung des Kontrollsystems,

Fig. 6a, 6b u. 6c Darstellungen zur Verdeutlichung des Prinzips des Betriebs eines harmonischen Antriebs, wo bei verschiedene Komponenten in übertrieben eliptischer Form dargestellt sind, um das Prinzip noch deutlicher zu machen,

Fig. 7 eine vereinfachte Schnittansicht einer Flachriemen-CVT, insbesondere der fundamenta len Aspekte der mechanischen Komponente einer Variante des erfindungsgemäßen Kontrollsy stems, wobei ein harmonischer Antrieb verwen det wird, um die Winkelbeziehung zwischen der inneren und äußeren Führungsscheibe einer je den Riemenscheibe einzustellen, und

Fig. 8 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer bei spielhaften automatischen Version des erfin dungsgemäßen Kontrollsystems.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 2 und 3 werden grundsätzli che Aspekte eines stufenlos regelbaren Flachriemenüberset zungsgetriebes beschrieben, wie es bei einem Riemenscheiben antriebssystem 10 mit variablem Durchmesser ausgestaltet ist, welches Riemenscheibenvorrichtungen 11 und 12 mit variablem Durchmesser umfaßt, die durch einen flachen Antriebsriemen 13 verbunden sind. Die Riemenscheibenvorrichtung 11 wird in die ser Beschreibung als die antreibende Riemenscheibenvorrich tung angenommen und die Riemenscheibenvorrichtung 12 als die angetriebene Riemenscheibenvorrichtung, wobei es selbstver ständlich ist, daß die Funktionen dieser Riemenscheibenvor richtungen ohne Änderungen des eingeführten Konzepts ausge tauscht werden können.

Die Riemenscheibenvorrichtung 11 ist auf der Welle 14 und die Riemenscheibenvorrichtung 12 auf der Welle 15 in zweckdienli cher und an sich bekannter Weise befestigt. Die Riemen scheibenvorrichtungen 11 und 12 sind einander ähnlich, und nur eine von ihnen, nämlich die Riemenscheibenvorrichtung 11, wird im folgenden speziell beschrieben. Der in Fig. 3 ge zeigte Riemen 13 entspricht der Position des in gestrichelten Linien gezeigten Riemens 13 in Fig. 2.

Die Riemenscheibenvorrichtung 11 umfaßt ein Paar von Riemen scheiben 16 und 17, zwischen welchen sich eine Reihe von Rie menantriebselementen 18 erstreckt, welche mit dem Riemen 13 zum Antrieb, oder natürlich angetrieben werden, in Verbindung stehen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Reihe von vierundzwanzig Riemenantriebselementen 18 gleich mäßig über den Umfang angeordnet, wobei dazwischen ein Winkel von 15° verbleibt, und der Riemen 13 von einem Riemenantriebselement 18 tangential im Vergleich zu dem di rekt benachbarten Riemenantriebselement 18 abläuft. Jedes Riemenantriebselement 18 umfaßt eine Zentralwelle 28, welche mit dem Riemen 13 in Verbindung tritt, und Lagerbereiche 29 an jedem Ende.

Die Riemenscheibe 16 umfaßt ein Paar von Riemenführungsschei ben 19 und 21, welche parallel zueinander und direkt neben einander angeordnet sind. Entsprechend weist die Riemen scheibe 17 ein Paar von Riemenführungsscheiben 22 und 23 auf, welche ebenfalls parallel zueinander und direkt nebeneinander angeordnet sind. Der längliche Abstand zwischen den Riemen scheiben 16 und 17 (d. h., der axiale Abstand zwischen den Führungsscheiben 21 und 22) bleibt der gleiche, ungeachtet der radialen Einstellung des Riemens 13 für unterschiedliche Antriebs- oder angetriebene Geschwindigkeiten. Der Abstand ist ausreichend um das Riemenantriebselement freilaufend auf zunehmen, welches den Riemen 13 stützt und welcher die Last, für die das System ausgelegt ist, aufnimmt.

Der Bereich der radialen Einstellung oder Positionierung des Riemens 13 in der Riemenscheibenvorrichtung 11 wird, wie durch die durchgezogen und gestrichelte Positionslinie des Riemens 13 in Fig. 2 gezeigt, durch Ändern der radialen Posi tion der Riemenantriebselemente 18 erreicht.

Beispielsweise, wie in Fig. 2 zu sehen, sind die Riemenan triebselemente 18 bei der durchgezogenen Positionslinie des Riemens 13 nahe dem Zentrum der Welle 14 in der Riemen scheibenvorrichtung 11; demgegenüber sind die Riemenantriebs elemente radial weiter ausgestellt, nämlich nahe des Umfangs, wenn sich der Riemen 13 in seiner durch die gestrichelten Li nie gezeigten Position befindet, welche der in Fig. 3 gezeig ten Position entspricht.

Veränderungen in der radialen Position der Riemenantriebsele mente 18 werden dadurch erreicht, daß die äußere Führungs scheibe 19 und die innere Führungsscheibe 21 der Riemen scheibe 16 relativ zueinander verdreht werden, um ihre Win kelbeziehung zu ändern. Entsprechend wird durch identische relative Rotation der Führungsscheiben 23, 22 der Riemen scheibe 17 die Änderung der Winkelbeziehung vervollständigt. In der Praxis sind, um den synchronen Betrieb sicherzustel len, die inneren Führungsscheiben 21 und 22 und die äußeren Führungsscheiben 19 und 23 miteinander verbunden. Die für diesen Betrieb notwendige Kraft wurde auf in den Fig. 1, 2 oder 3 nicht gezeigte Weise im Stand der Technik in typischer Weise wie in der oben genannten US-PS 42 95 836 erzielt. Insbe sondere sind wirkungsvolle Systeme zur Kontrolle der Phasen winkel zwischen den inneren und äußeren Führungsscheiben in den oben genannten US-PSen 0 51 922 und 1 32 783 beschrieben.

Wie bereits bemerkt, sind die aus dem Stand der Technik be kannten Kontrollsysteme hinsichtlich der Präzision, mit wel cher sie das Geschwindigkeitsverhältnis einstellen und/oder aufrechterhalten können, beschränkt, und wichtige Anwendungen für Flachriemen-CVTs erfordern eine größere Präzision, als sie von aus dem Stand der Technik bekannten Kontrollsystemen erreicht werden kann.

Die äußere Führungsscheibe 19 hat eine Reihe von logarithmi schen spiralförmigen Führungen 24, welche sich von der Nähe des Zentrums in einem Winkel von 45° zum Radius der Riemen scheibenvorrichtung nach außen erstrecken. Entsprechend weist die innere Führungsscheibe 21 eine Reihe von logarithmisch spiralförmigen Führungen 25 auf, welche bis zu einem Winkel von 45° nach auswärts drehend im Vergleich zu dem Radius der Riemenscheibenvorrichtung, jedoch in entgegengesetztem Sinne wie die Führungen 24 der Führungsscheibe 19, verlaufen. Da die Führungen 24 und 25 im Vergleich zu dem Riemenscheibenra dius in einem Winkel von 45° nach außen jedoch in entgegengesetztem Sinne drehen, sind die Schnittpunkte dieser Führungen in allen radialen Positionen rechtwinkelig. Daraus folgt eine im wesentlichen konstante Geometrie an den Schnittpunkten der logarithmisch spiralförmigen Führungen 24 und 25 an allen radialen Positionen, um die Lagerenden 29 der Riemenantriebselemente 18 aufzunehmen. Entsprechend hat die innere Führungsscheibe 22 eine Reihe von logarithmisch spi ralförmigen Führungen 26, welche sich identisch wie die Füh rungen 25 der inneren Führungsscheibe 21 nach auswärts dre hen, und die äußere Führungsscheibe 23 umfaßt logarithmisch spiralförmige Führungen 27 welche sich identisch wie die Füh rungen 24 der äußeren Führungsscheiben 19 nach außen erstrec ken. Somit überschneiden die Führungen 26 und 27 an allen ra dialen Positionen im 90°-Winkel, um eine zu den logarithmisch spiralförmigen Führungen 24 und 25 identische konstante Schnittgeometrie zu bilden, um die am anderen Ende der Rie menantriebselemente aufzunehmen.

Während 45°-Spiralen mit 90°-Schnittpunkten gezeigt wurden, ist es selbstverständlich, daß logarithmische Spiralen mit anderen Winkelgeometrien entscheidungsgemäß verwendet werden können. Weiterhin können kleinere Abweichungen von einer spe ziellen Winkelgeometrie toleriert werden, solange die Riemen antriebselementlagerungsenden in den Führungsschnittpunkten sich wie gewünscht bewegen, wenn die Scheiben relativ zuein ander verdreht werden, um die Winkelbeziehung zwischen der inneren und äußeren Führungsscheibe zu verändern. Es ist selbstverständlich, daß der Riemen 13, wenn er um die Riemen scheibenvorrichtung 11 oder 12 läuft, mit dem Zentralwellen bereich der Riemenantriebselemente 18 in Verbindung ist und bewirkt das eine Riemenscheibenvorrichtung antreibt und die andere Riemenscheibenvorrichtung in offensichtlicher Weise angetrieben wird.

Die vorhergehende Beschreibung des Basisantriebssystems, der Riemenscheibenvorrichtungen 11 und 12, des Riemens 13 und der Riemenantriebselemente 18 wird detaillierter in der oben ge nannten US-PS 42 95 836, vom 20. Oktober 1981, beschrieben und bildet keinen speziellen Teil der beschriebenen Erfindung in dieser Anmeldung, bildet jedoch die Umgebung für die vorlie gende Erfindung.

Die Aufmerksamkeit wird nun auf die Fig. 4 und 5 gerich tet, in denen ein erstes Ausführungsbeispiel einer CVT ge zeigt ist, welche, im Sinne der vorliegenden Erfindung, ein Getriebesystem zur präzisen Einstellung des Geschwindigkeits verhältnisses zwischen einer ersten Riemenscheibenvorrichtung 48 und einer zweiten Riemenscheibenvorrichtung 49 verwendet. Die Geschwindigkeitsverhältniskontrollgetriebevorrichtung, welche mit der oberen Riemenscheibenvorrichtung 48 verwendet wird und diejenige, die mit der unteren Riemenscheibenvor richtung 49 verwendet wird, sind essentiell identisch mit kleineren Ausnahmen, die im folgenden speziell beschrieben werden. Aus diesem Grund wird die grundsätzliche Beschreibung in Verbindung mit der oberen Riemenscheibenvorrichtung 48 in Fig. 4 fortgesetzt, welche zum Zwecke der Verständlichkeit als die antreibende Riemenscheibenvorrichtung angenommen wird, während die untere Riemenscheibenvorrichtung 49 als die angetriebene Riemenscheibenvorrichtung angenommen wird.

In jedem Fall ist die Geschwindigkeitsverhältniskontrollge triebevorrichtung, welche der Einstellung der Winkelbeziehung zwischen den inneren und äußeren Führungsscheiben (und im weiteren Sinne der radialen Position der Riemenantriebselemente 18) dient, in einem stationären Gehäuse 50 angeordnet. Ein Bereich der Welle 14 mit verkleinertem Durchmesser ragt in das Gehäuse 50 und endet in einem äußeren Sonnenrad 54. Der Satz innerer Führungscheiben 21, 22 ist direkt mit einer Hohlwelle 52 verbunden, welche den Endbereich der Welle 14 zur gemeinsamen Drehung mit dieser umfaßt, und die Hohlwelle 52 endet an einem inneren Sonnenrad 53. Wie in Fig. 4 gezeigt, haben die Sonnenräder 53, 54 den gleichen Durchmesser und die gleiche Zahnung, was für eine stationäre Kontrolle bei gegebenen Geschwindigkeitsverhältnissen notwendig ist; jedoch ist diese Beziehung keine durch das System erzwungene Konstruktion, welche stufenlose Drehzahlkontrollkomponenten darstellen könnte. Jedoch ist in dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Einfachheit halber vorgesehen, daß die Sonnenräder 53, 54 identisch ausgestaltet sind.

Ein Planetenträger 51 ist zur Drehung innerhalb des stationären Gehäuses 50 um die gleiche Achse wie die Welle 14 angeordnet und trägt eine Mehrzahl von Planetenrädern 55, welche jeweils zur Drehung um eine eigene Planetenradwelle 57 wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, gelagert sind. Jedes der Planetenräder 55 ist an seinem radial inneren Umfangsbereich (im Hinblick auf die Achse der Welle 14) mit dem inneren Sonnenrad 53, und mit seinem radial äußeren Umfangsbereich mit einem ersten Satz von Zähnen 59 a eines innenverzahnten Ringrades 59 im Eingriff. Das innenverzahnte Ringrad 59 weist noch einen zweiten Satz von Innenzähnen 59 b auf, welche axial von den Zähnen versetzt sind, welche mit den Planetenrädern 55 im Eingriff sind. Für die stationäre Kontrolle von gegebenen Geschwindigkeitsverhältnissen sind die Zähne des zweiten Satzes 59 b typischerweise identisch zu den Zähnen des ersten Satzes 59 a.

Entsprechend ist eine Mehrzahl von Sternenrädern 56 in einer festgelegten Position und mit Sternenradwellen 58 gelagert, welche in das stationäre Gehäuse 50 integriert sind. Die Sternenräder 56 sind so angeordnet, daß sie sowohl mit dem zweiten Satz der inneren Zähne 59 b des innenverzahnten Zahn ringes 59 und den Zähnen des äußeren Sonnenrads 54 in Ein griff sind, welches direkt auf der Welle 14 befestigt ist. Die Planetenräder 55 und die Sternenräder 56 sind in Fig. 4 direkt nebeneinander angeordnet gezeigt; wie bereits gesagt, ist dies nur zur Vereinfachung der Darstellung und es wird später klar werden, daß die Winkelpositionen der Planetenrä der 55, im Vergleich zu den Sternenrädern 56, um die Achse der Welle 14 während des Betriebs des Kontrollsystems verän dert werden.

Der Planetenträger 51 ist mit einem außenverzahnten Ringrad 60 versehen, mit welchem ein Sporenritzel 63 in Eingriff ist. Das Ritzel 63 ist manuell über eine Geschwindigkeitskontroll kurbel 61 und eine Welle 62 betrieben. Die Kurbel 61 kann ge gen Drehung gesichert werden, indem ein Stift 64 in einer Ausparung 65 einsetzbar ist, welche in dem stationären Ge häuse 50 zu diesem Zwecke vorgesehen ist.

Die untere Riemenscheibenvorrichtung 49 hat keine Geschwin digkeitskontrollkurbel, ist jedoch mit einer Lastvorrichtung 66 über eine Welle 62′ und einem Sporenritzel 63′ verbunden. Die Lastvorrichtung 66 kann alles sein, was in der Lage ist, Drehkräfte zu absorbieren und zu übertragen. Beispielsweise kann die Lastvorrichtung 66 ein hydraulischer Motor/Pumpe sein und das entsprechende Kontrollsystem der Öl-Mo tor/Pumpeneinheiten ist in der oben genannten US-PS 0 51 922 beschrieben. Eine weitere Lastvorrichtung ist ein elektri scher Motor/Generator, wie weiter unten im Zusammenhang mit einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung beschrieben wird. Eine vergleichsweise einfa cher Vorrichtung für diesen Zweck ist eine Torsionsspiral feder, welche ein Drehmoment erzeugt, wenn sie in einer Rich tung gedreht wird, und welche zur Drehung des Planetenträgers 51′ im Vergleich zum Gehäuse 50′ in der Art einer Uhrenfeder angewendet wird.

Es wird nun der Betrieb einer Geschwindigkeitsverhältniskon trollgetriebevorrichtung in der in Fig. 4 und 5 gezeigten CVT beschrieben. Zunächst wird eine statische Situation angenom men, in welcher das Geschwindigkeitsverhältnis bereits vorher eingestellt wurde und die Geschwindigkeitskontrollkurbel 61 durch die Kraft des in die Aussparung 65 ragenden Stifte 64 festgehalten wird. Unter diesen Bedingungen drehen die Sätze innerer Führungsscheiben 21, 22 und äußerer Führungsscheiben 19, 23 mit der gleichen Geschwindigkeit; entsprechend drehen auch das innere Sonnenrad 53 und das äußere Sonnenrad 54 mit der gleichen Geschwindigkeit. Somit drehen auch die Planeten räder 55 und die Sternenräder 56 mit der gleichen Geschwin digkeit und in der gleichen Richtung. Somit dreht das innen verzahnte Ringrad 59 innerhalb des stationären Gehäuses 50 in der entgegengesetzten Richtung zur Welle 14 und der Hohlwelle 52. Es wird noch bemerkt, daß der Planetenträger 51 unter dieser Bedingung nicht dreht, so daß die Winkelbeziehung zwi schen der Position der Planetenräder 55 und der Sternenräder 56 zur Achse der Welle 14 fest verbleibt.

Im folgenden wird der Betrieb des Systems beschrieben, wenn eine Änderung des Geschwindigkeitsverhältnisses zwischen der antreibenden Riemenscheibenvorrichtung 48 und der angetriebe nen Riemenscheibenvorrichtung 49 vorgesehen ist. Da diese Einstellung nur vorübergehend eine Änderung der Beziehung zwischen den stationären und bewegenden Komponenten umfaßt, kann dieser Effekt am besten verstanden werden unter der An nahme, daß die Welle 14 nicht rotiert. Wenn das Prinzip des Betriebes einmal verstanden wurde, kann die tatsächliche Dre hung der Welle 14 wie eine Konstante gegenüber den Bewegungen der Vorrichtung überlagert werden.

Es wird somit angenommen, daß die Welle 14 vorübergehend sta tionär ist, und die Geschwindigkeitskontrollkurbel 61 wird beispielsweise im Uhrzeigersinn, wie durch den Pfeil 67 ange deutet, gedreht. Als ein Ergebnis einer solchen Drehung der Kurbel 61 wird der Planetenträger 51 mit einer reduzierten Geschwindigkeit (entsprechend zu dem Zahnradverhältnis zwi schen dem Sporenritzel 63 und dem außenverzahnten Ringrad 60) entgegen dem Uhrzeigersinn drehen. Da angenommen wurde, daß die Welle 14 stationär und das Gehäuse 50 unbeweglich ist, wird auch das innenverzahnte Ringrad 59 stationär gehalten. Entsprechend wird die Bewegung der Planetenräder um die Achse der Welle 14 das innere Sonnenrad 53 entgegen dem Uhrzeiger sinn antreiben, welches somit die Hohlwelle 52 und weiter den Satz von inneren Führungsscheiben 21, 22 entgegen dem Uhrzei gersinn in Hinsicht auf den Satz äußerer Führungsscheiben 19, 23, welche an der Welle 14 befestigt sind, verdrehen. Als ein Ergebnis werden die Riemenantriebselemente 18 gemeinsam ra dial auswärts bewegt (unter der Annahme, daß der Verlauf der logarithmischen Schlitze der oberen Riemenscheibenvorrichtung 48 dem der antreibenden Riemenscheibe 11 gemäß Fig. 2 ent spricht) um damit den effektiven Durchmesser der antreibenden Riemenscheibenvorrichtung 48 zu vergrößern. Nachdem die ein mal entschiedene Einstellung beendet ist, kann die Geschwin digkeitskontrollkurbel 61 wieder in der entsprechenden Posi tion befestigt werden, um die neue Winkelbeziehung zwischen den Planetenrädern 55 und den Sternenrädern 56 und somit das neue Riemenscheibengeschwindigkeitsverhältnis beizubehalten. Wie bereits bemerkt sind all diese vorübergehenden Einstel lungen einfach der aktuellen Drehbewegung der verschiedenen Komponenten überlagert, so daß die Einstellung der relativen Winkelpositionen des Satzes innerer Führungsscheiben 21, 22 und äußerer Führungsscheiben 19, 23 tatsächlich während der Riemenscheibendrehung und -kraftübertragung stattfindet.

Wenn die radiale Stellung der Riemenantriebselemente 18 der antreibenden Riemenscheibenvorrichtung 48 nach außen bewegt wird, müssen die Riemenantriebselemente 18′ der angetriebenen Riemenscheibenvorrichtung 49 radial nach innen bewegt werden, da die Riemenlänge des Riemens 13 und der Abstand zwischen den Wellen 14 und 15 festgelegt sind. Wird für den Augenblick angenommen, daß die angetriebene Welle 15 ebenfalls stationär ist, so ist auch der Satz äußerer Führungsscheiben 19′, 23′ stationär. Somit muß der Satz innerer Führungsscheiben 21′, 22′ entgegen dem Uhrzeigersinn, wie durch den Pfeil 68 ange deutet, bewegt worden sein. Da der Satz innerer Führungs scheiben 21′, 22′ entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt wird, muß das innere Sonnenrad 53′ ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt werden. Damit drehen die Planetenräder 55′ im Uhrzei gersinn. Da angenommen wurde, daß die angetriebene Welle 15 stationär ist, können die Sternenräder 56′ nicht rotieren und das innenverzahnte Ringrad 59′ wird auch stationär gehalten. Konsequenterweise wirkt sich die Drehung der Planetenräder 55′, welche mit den Zähnen des innenverzahnten Ringes 59′ in Eingriff sind, so aus, daß der Planetenträger 51′ entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Damit wird das Sporenritzel 63′ mit einer entsprechend höheren Geschwindigkeit im Uhrzeigersinn gedreht und damit auch die Lastvorrichtung 66 über die Welle 62′. Dieser Vorgang findet synchron mit der Einstellung der relativen Position der Planetenräder 55 und Sternenräder 56 der antreibenden Riemenscheibenvorrichtung 48; durch diesen Vorgang wird eine neue statische Einstellung erreicht, wenn die Geschwindigkeitskontrollkurbel 61 wieder in ihrer Posi tion befestigt wird. Während des vorübergehenden Betriebes wird die Lastvorrichtung 66 wie folgt funktioniert haben. Wenn die Lastvorrichtung 66 beispielsweise ein Öl-Motor/Pumpe ist, wird sie vorübergehend wie eine Pumpe funktioniert ha ben. Ist die Lastvorrichtung beispielsweise ein Mo tor/Generator, wird sie vorübergehend wie ein Generator funk tioniert haben. Ist die Lastvorrichtung eine Feder, wird sie um ein paar Grad gespannt worden sein.

Es ist offensichtlich, daß, wenn die Geschwindigkeitskon trollkurbel 61 manuell entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, eine Reihe von Ereignissen entgegen der oben beschrie benen stattfindet. Kurz gesagt, der Planetenträger 51 wird im Uhrzeigersinn drehen, wodurch der Satz innerer Führungsschei ben 21, 22 ebenfalls im Uhrzeigersinn dreht und der effektive Durchmesser der antreibenden Riemenscheibenvorrichtung 48 verringert wird. Die Riemenantriebselemente 18′ der angetrie benen Riemenscheibenvorrichtung 49 werden radial nach außen bewegt, was durch die in einem Energie liefernden Modus ar beitenden Lastvorrichtung 66 unterstützt wird; das heißt, durch einen hydraulischen oder elektrischen Motor oder ein Abwickeln einer Feder im Uhrzeigersinn.

Die Getriebeanordnung zur Geschwindigkeitsreduzierung zwi schen dem Ritzel 63 und dem außenverzahnten Ringrad 60, wel che in Kooperation mit der Getriebereduzierung, dargestellt durch Sonnen/Planeten, Sternenradvorrichtungen, wirkt, stellt insgesamt eine Getriebereduktion dar, um die gewünschte Ein stellungsfeinheit für viele CVT-Anwendungen zu erreichen. In einigen Anwendungen, wie auch der oben beschriebenen neutra len Automatikübersetzungsgetriebevorrichtung, ist es notwen dig, einen Grad der Kontrolle zu erzielen, welcher nicht durch die einfache Einstellung von Getriebeverhältnissen der in Fig. 4 gezeigten Systemkomponenten erreicht wird. Es ist somit wünschenswert, eine Vorrichtung bereitzustellen, bei welcher der Grad der Kontrolle erheblich erweitert wird, was durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Kontrollsystems erreicht wird.

Während es möglich ist, viele unterschiedlich Differentialge triebevorrichtungen zum Erzielen der gewünschten Feinheit der Operation bei kritischen Anwendungen zu verwenden, verwendet das vorgestellte bevorzugte Ausführungsbeispiel für kritische Anwendungen einen sogenannten "harmonischen" Getriebeantrieb, um die Differentialgetriebebeziehungen zu erreichen. Unter Hinweis auf die Fig. 6a, 6b und 6c, insbesondere die teil weise vergrößerte Fig. 6a, wird das Grundprinzip einer "har monischen" Antriebsgetriebereduktionsvorrichtung vorgestellt. In dieser sehr grundlegenden Form verwendet ein "harmoni scher" Antrieb 3 konzentrische Komponenten, um große mechani sche Vorteile und Geschwindigkeitsreduktion zu erzielen. Die Verwendung einer Mechanik mit nichtstarren Körpern erlaubt, daß ein nichtstarres Außenrad eine stufenlose eliptische Ab lenkungswelle umfaßt, wobei ein stufenloser rollender Ein griff mit einem steifen Innenrad erreicht wird.

Wie in Fig. 6a gezeigt, lenkt ein eliptischer Wellengenerator 130 ein flexibles außenverzahntes Rad 131 aus, welches mit den inneren Zähnen eines steifen ringförmigen Rades 132 in Eingriff kommt. Die eliptische Form des flexiblen Rades und der Betrag seiner Auslenkung ist stark übertrieben in den Fig. 6a, 6b und 6c dargestellt, um das Prinzip deutlich zu machen. Die tatsächliche Auslenkung ist sehr viel kleiner als gezeigt und innerhalb der Materialhaltbarkeitsgrenzen.

Da die Zähne des nichtsteifen Zahnringes 131 und des steifen kreisförmigen Ringes 132 ununterbrochen in Kontakt sind, und da der flexible Ring 131 zwei Zähne weniger als der kreisför mige Ring 132 hat, entspricht eine Umdrehung des Wellengene rators 130 einer relativen Bewegung zwischen dem flexiblen Rad und dem kreisförmigen Rad um zwei Zähne. Wird das kreis förmige Rad 132 gegen eine Drehbewegung festgehalten, wird der flexible Ring 131 in der dem Wellengenerator entgegenge setzten Richtung drehen (der Systemeingang in dem Beispiel) und eine Reduktion des Verhältnisses entsprechend zur Anzahl der Zähne des flexiblen Ringes geteilt durch zwei bewirken.

Diese Relativbewegung kann verdeutlicht werden, indem die Be wegung eines einzelnen Zahnes 134 des flexiblen Ringes über eine halbe Eingangsdrehung in der durch den Pfeil 135 gezeig ten Richtung beobachtet wird. Da der Eingang zu dem Wellenge nerator 130 im Beispiel eine Bewegung desselben im Uhrzeiger sinn bewirkt, dreht der flexible Ring entgegen dem Uhrzeiger sinn. Aus Fig. 6b ist zu erkennen, daß der Zahn 134, nach ei ner Viertelbewegung des Wellengenerators 130 entgegen dem Uhrzeigersinn eine Hälfte einer Zahnposition des flexiblen Ringes gedreht hat. Es ist zu bemerken, daß, wenn die Achse des Wellengenerators 130 90° gedreht hat, der Zahn 134 völlig frei ist. Der volle Wiedereingriff findet in der benachbarten Zahnlücke statt, wenn die Achse des Wellengenerators 130 180°, wie Fig. 6c gezeigt, gedreht hat, und der Zahn 134 ist nun um eine volle Zahnposition vorgerückt. Diese Bewegung wiederholt sich, wenn die Achse um weitere 180° dreht, wo durch eine Zweizahnbewegung pro Eingangsbewegung des Wellen generators stattfindet.

Bei herkömmlichen Tabulatoren harmonischer Antriebsgetriebe wird für die Verhältnisreduktion angenommen, daß der flexible Ring das Ausgangselement, und der kreisförmige Ring gegen Drehbewegung befestigt ist. Jedoch kann jedes der Antriebse lemente als Eingangs-, Ausgangs- oder befestigtes Element verwendet werden, je nachdem, ob die Übersetzung für die Ge schwindigkeitsreduktion, die Geschwindigkeitserhöhung oder Differentialbetrieb vorgesehen ist.

Dieses harmonische Antriebsprinzip kann durch Hinzufügung ei nes vierten Elementes, nämlich dem dynamischen Rad, erweitert werden. Das dynamische Rad ist ein inneres Rad, welches mit der gleichen Geschwindigkeit und in der gleichen Richtung wie das flexible Rad rotiert. Entgegen dem kreisförmigen Rad, mit welchem es parallel und ebenso im Eingriff zu dem flexiblen Rad verläuft, hat das dynamische Rad die gleiche Anzahl von Zähnen wie das flexible Rad. Die Drehung des flexiblen Rads bewirkt Zahneingriff/-lösung mit denselben Zahnlücken des dy namischen Rads, so daß das Verhältnis zwischen den beiden 1 : 1 ist. Das System ist somit ein Ausgang des flexiblen Rades mit den gleichen Charakteristika wie das 3-Element-harmonischer- Antriebsmodel; das heißt, das Getriebereduktionsverhältnis hat eine dem Eingang entgegengesetzte Drehrichtung. Duale Ul tra-high-verhältnisfähigkeit kann erreicht werden, indem zwei ringförmige Räder im Eingriff mit dem flexiblen Rad angeord net werden, wobei jedes ein unterschiedliches einstufiges Verhältnis entwickelt. Lediglich als Beispiel wird angegeben, daß der Verbundbetrieb einstufiger Verhältnisse von 160 : 1 und 159 : 1 in einer Gesamtreduktion von 12720 : 1 resultiert. Für den Gebrauch in erfindungsgemäßen Vorrichtungen geeignete harmonischer Antriebe werden beispielsweise von Harmonic Drive Division of Quincy Technologies, Inc. in Wakefield, Mass., hergestellt.

Unter Hinweis auf Fig. 7 wird im folgenden beschrieben, wie ein harmonischer Antrieb vorteilhaft in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen CVT angewendet werden kann. Eine harmoni sche Antriebskomponente 70 ist zwischen dem Satz innerer Füh rungsscheiben 21, 22 (und natürlich dem Satz äußerer Füh rungsscheiben 19, 23) der antreibenden Riemenscheibenvorrich tung 73 und dem inneren Sonnenrad 53 über eine Hohlwelle 71 verbunden angeordnet. Entsprechend ist eine weitere harmoni sche Antriebskomponente 70′ zwischen dem Satz innerer Füh rungsscheiben 21′, 22′ (und dem Satz äußerer Führungsscheiben 19′, 23′) der angetriebenen Riemenscheibenvorrichtung 79 und dem inneren Sonnenrad 53′ über eine Hohlwelle 71′ verbunden angeordnet. Die Antriebswelle 14 erstreckt sich durch die Hohlwelle 71 und trägt das äußere Sonnenrad 54 an ihrem Ende und die angetriebene Welle 15 erstreckt sich durch die Hohl welle 71′ und trägt das äußere Sonnenrad 54′ an ihrem Ende. Die verbleibende Struktur der Planetengetriebevorrichtung ist bereits in Verbindung mit Fig. 4 und 5 beschrieben.

Somit ist der Satz äußerer Führungsscheiben 19, 23 mit dem dynamischen Rad 72 des harmonischen Antriebs 70, und der Satz innerer Führungsscheiben 21, 22 mit dem Ringrad 73 des harmo nischen Antriebs verbunden. Der Wellengenerator 74 ist direkt mit der Hohlwelle 71 und damit direkt mit dem inneren Sonnen rad 53 verbunden. Unter statischen Bedingungen, bei welchen das Geschwindigkeitsverhältnis bereits eingestellt und wobei die Geschwindigkeitskontrollkurbel 61 in ihrer Position be festigt ist, haben der Satz innerer Führungsscheiben 21, 22 und äußerer Führungsscheiben 19, 23 die gleiche Drehgeschwin digkeit. Konsequenterweise ist keine Relativbewegung zwischen dem dynamischen Rad 72 und dem Ringrad 73, so daß der Wellen generator 74, die Hohlwelle 71 und das innere Sonnenrad 53 alle mit der gleichen Geschwindigkeit rotieren wie die Welle 14 und das äußere Sonnenrad 54.

Wenn es nun gewünscht wird, daß Geschwindigkeitsverhältnis zwischen der antreibenden Riemenscheibenvorrichtung 78 und der angetriebenen Riemenscheibenvorrichtung 79 zu ändern, kann die Geschwindigkeitskontrollkurbel 61 gelöst und wie oben beschrieben gedreht werden. Für die folgende Analyse soll wiederum angenommen werden, daß die antreibende Welle 14 stationär ist, um die augenblicklichen Bewegungen der einzel nen Komponenten des Kontrollmechanismus am besten herauszuar beiten. Wird die Geschwindigkeitskontrollkurbel 61 im Uhrzei gersinn gedreht, dreht der Planetenträger 51 entgegen dem Uhrzeigersinn und somit auch das innere Sonnenrad 53 entgegen dem Uhrzeigersinn. Somit drehen auch die Hohlwelle 71 und der Wellengenerator 74 entgegen dem Uhrzeigersinn. Diese Drehbe wegung wird über das flexible Rad 75 sowohl dem dynamischen Rad 72 als auch dem kreisförmigen Rad 73 übertragen. Da die Welle 14 als stationär angenommen wurde und der Satz äußerer Führungsscheiben 19, 23 an der Welle befestigt sind, ist eine Rotation des dynamischen Rades 72 verhindert. Somit dreht das Kreisrad 73 bei jeder Vollumdrehung des Wellengenerators 74 zwei Zähne im Uhrzeigersinn und erzeugt somit eine präzise Übersetzung der Riemenantriebselemente 18 radial einwärts, um den effektiven Durchmesser der antreibenden Riemenscheiben vorrichtung 78 zu verringern. Das wird als eine Umkehrung des Effektes verstanden, welcher durch Drehen der Geschwindig keitskontrollkurbel 71 im Uhrzeigersinn des in Fig. 4 gezeig ten Systems verstanden, woraus direkt eine mechanische Umkeh rung resultiert, welche entlang des harmonischen Antriebs 70 stattfindet.

Entsprechend werden die Riemenantriebselemente 18′ der ange triebenen Riemenscheibenvorrichtung 79 radial auswärts be wegt, und Energie wird an die Lastvorrichtung 76 geliefert. Aufgrund des Vorhandenseins der harmonischen Antriebe 70, 70′ in den Riemenscheibenvorrichtungen 78, 79 wird die Geschwin digkeitskontrollkurbel 61 und die Lastvorrichtung 76 sehr viel mehr Umdrehungen (entsprechend zu dem Getriebeverhältnis des harmonischen Antriebs) während der augenblicklichen Ge schwindigkeitsverhältniseinstellung durchführen. Somit werden das erforderliche Geschwindigkeitskontrolldrehmoment und die Kraft, welche für die augenblickliche Geschwindigkeitsver hältniseinstellung benötigt werden durch das Getriebeverhält nis des harmonischen Antriebs reduziert (ohne Berücksichti gung von Effektivitätsverlusten). Da das Verhältnis eines harmonischen Antriebsgetriebes typischerweise im Bereich von 100 : 1 oder mehr liegt, ist die Reduktion des erforderlichen Drehmoments und der Kraft tatsächlich sehr groß.

Dem Fachmann wird klar werden, daß die Verwendung der harmo nischen Antriebe 70, 70′ in einer Geschwindigkeitssteuerung die Präzision der Kontrolle über das Geschwindigkeitsverhält nis zwischen den Riemenscheibenvorrichtungen einer Flachrie men-CVT erheblich erhöht. Zusätzlich werden die Drehmoment erfordernisse für die Vorrichtung zum Antreiben des Ritzels 63 entsprechend reduziert. Dieser Vorteil erlaubt den Ge brauch beispielsweise eines kleinen umkehrbaren elektrischen Motors als die mit dem Ritzel 63 verbundene Vorrichtung, wo raus die Verwendung einer vergleichsweisen einfachen äußeren Kontrollstruktur, wie in Fig. 8 in einer beispielhaften Fahr zeugumgebung gezeigt, resultiert. Somit können die normale Maschinengeschwindigkeits- und Gashebelpositionsinformationen von einer herkömmlichen Logik 80 analysiert werden, um zu entscheiden, ob eine Änderung im Geschwindigkeitsverhältnis gewünscht wird, und, im Falle daß diese gewünscht wird, die umkehrbaren Gleichstrommotoren 81, 82 anzuregen, um die Vor richtungen in vorher beschriebener Weise und entsprechender Richtung anzutreiben, bis das gewünschte Verhältnis erreicht ist. In einer praktischen Anwendung ist dies ein anhaltender Prozeß, um die gewünschte Maschinendrehmoment /Geschwindigkeitscharakteristika zu erzielen, welche bei spielsweise einen minimalen Kraftstoffverbrauch zur Folge hat, und, wie der Fachmann erkennen wird, andere Prozeßvari ablen (Temperatur, atmosphärischer Druck, Übertragungsver hältnis, Fahrzeuggeschwindigkeit, usw.) werden oft in Be tracht gezogen, um das momentane Geschwindigkeitsverhältnis aufrechtzuerhalten.

Während das Prinzip der vorliegenden Erfindung anhand einer beschriebenen Ausgestaltung erklärt wurde, werden dem Fach mann sofort viele Modifikationen der Struktur, der Vorrich tungen, der Proportionen, der Elemente, Materialien und Kom ponenten offensichtlich sein wie sie in der Praxis der vor liegenden Erfindung angewendet und ohne Abweichungen von den Prinzipien insbesondere für spezielle Umgehungen und Be triebsanforderungen gemacht werden können.

Claims

1. Ein stufenlos regelbares Übersetzungsgetriebe mit:

A) ersten und zweiten Riemenscheibenvorrichtungen, wo bei jede der Riemenscheibenvorrichtungen folgende Kom ponenten aufweist:
1. eine Welle;
2. ein Paar von Riemenscheiben;
3. eine Reihe von Riemenantriebselementen, wobei je des Riemenantriebselement gebildet ist aus:
a. einer länglichen Zentralwelle mit einer Antriebsfläche für die Zusammenwirkung mit dem Antriebsriemen;
b. einem ersten Lagerbereich an einem ersten Ende der Zentralwelle; und
c. einem zweiten Lagerbereich an einem zwei ten Ende der Zentralwelle;
4. jede Riemenscheibe umfaßt:
a. ein Paar von relativbeweglichen Führungs scheiben, die direkt nebeneinander ange ordnet sind;
i. eine innere Führungsscheibe eines jeden Paares weist eine erste Reihe von Führungen in einer Richtung auf;
ii. eine äußere Führungsscheibe ei nes jeden Paares weist eine zweite Reihe von sich in einer zweiten Richtung erstreckenden Führungen auf;
iii. die erste und zweite Reihe von spiralförmigen Führungen weisen Schnittpunkte zur Aufnahme und Positionierung der Lagerbereiche der Riemenantriebselemente auf,
wobei die Schnittpunkte zur Posi tionierung der Lagerbereiche die nen, damit die Riemenantriebsele mente im Vergleich zur Welle ra diale Positionen einnehmen;
5. Vorrichtungen zur Verbindung der inneren Füh rungsscheiben der Riemenscheiben, um eine innere Führungsscheibenstruktur bereitzustellen, welche um die Welle dreht;
6. Vorrichtungen zur Verbindung der äußeren Füh rungsscheiben der Riemenscheiben, um eine äußere Führungsscheibenstruktur bereitzustellen, welche um die Welle dreht;
7. Vorrichtungen zur Verbindung mindestens einer der Führungsscheiben mit der Welle, um mit dieser zu drehen; und
8. Vorrichtungen zur Einstellung der Phasenbeziehun gen zwischen den inneren und äußeren Führungs scheiben, um den effektiven Durchmesser der Rie menscheibenvorrichtung zu erzielen;
B) einem flachen Antriebsriemen zur Verbindung der er sten und zweiten Riemenscheibenvorrichtung; dadurch ge kennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Einstellung der Winkelbeziehungen zwischen dem Satz innerer Führungs scheiben und dem Satz äußerer Führungsscheiben von min destens einer Riemenscheibenvorrichtung,
C) ein mechanisch zwischen dem Satz innerer Führungs scheiben und dem Satz äußerer Führungsscheiben angeord netes Planetengetriebesystem aufweist, welches folgende Komponenten umfaßt:
1. ein erstes Sonnenrad, welches mit dem Satz inne rer Führungsscheiben verbunden ist;
2. ein zweites Sonnenrad, welches mit dem Satz äuße rer Führungsscheiben verbunden ist;
3. das erste und zweite Sonnenrad sind axial ausge richtet;
4. einen drehbaren Planetenradträger;
5. einen Satz von Planetenrädern, welche mit einem der beiden ersten und zweiten Sonnenräder in Ein griff und auf dem Planetenradträger gelagert sind;
6. einen Satz von Sternenrädern, welche mit dem an deren der beiden ersten und zweiten Sonnenrädern in Eingriff sind, wobei jedes der Sternenräder in einer festgelegten Winkelposition im Hinblick auf das andere der ersten oder zweiten Sonnenräder gelagert ist;
7. Einen innenverzahnten Zahnring, welcher mit den Planetenrädern und den Sternenrädern im Eingriff ist; und
8. Vorrichtungen zur wahlweisen Änderung der Winkel beziehung zwischen dem Planetenradträger und den Sternenrädern.

2. Stufenlos regelbares Übersetzungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zur wahlweisen Anderung der Winkelbeziehung zwischen dem Planetenradträger und den Sternenrädern folgende Ele mente aufweist:

A) einen äußeren Zahnring, welcher von dem Planeten radträger getragen wird;
B) ein Ritzel, welches im Eingriff mit dem äußeren Zahnring ist; und
C) Vorrichtungen zur wahlweisen Drehung des Ritzels.

3. Stufenlos regelbares Übersetzungsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur wahlweisen Drehung des Ritzels eine manuell bedienbare Kurbel ist.

4. Stufenlos regelbares Übersetzungsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur wahlweisen Drehung des Ritzels ein reversierbarer elek trischer Motor/Generator ist.

5. Stufenlos regelbares Übersetzungsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur wahlweisen Drehung des Ritzels eine reversierbare hydraulische Motor/Pumpeneinheit ist.

6. Stufenlos regelbares Übersetzungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung weiter hin ein Differentialgetriebesystem umfaßt, welches me chanisch zwischen einem der Sonnenräder und einem der Sätze von Führungsscheiben, mit welchem das Sonnenrad verbunden ist, angeordnet ist, und daß das Differenti algetriebesystem derart ausgebildet ist, daß ein klei nerer Änderungswinkel der Winkelbeziehung zwischen den Sätzen innerer und äußerer Scheiben als zwischen den Sonnenrädern durch Bedienung der Vorrichtung zur wahl weisen Änderung der Winkelbeziehung zwischen dem Plane tenradträger und den Sternenrädern erreicht wird.

7. Stufenlos regelbares Übersetzungsgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur wahlweisen Änderung der Winkelbeziehung zwischen dem Planetenträger und den Sternenrädern weiterhin

A) einen äußeren Zahnring, getragen von dem Plane tenradträger;
B) ein Ritzel, im Eingriff mit dem äußeren Zahnring; und eine
C) Vorrichtung zur wahlweisen Drehung des Ritzels aufweist.

8. Stufenlos regelbares Übersetzungsgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur wahlweisen Drehung des Ritzels eine manuell bedienbare Kurbel ist.

9. Stufenlos regelbares Übersetzungsgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur wahlweisen Drehung des Ritzels ein umkehrbarer elektri scher Motor/Generator ist.

10. Stufenlos regelbares Übersetzungsgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur wahlweisen Drehung des Ritzels eine umkehrbare hydrau lische Motorpumpeneinheit ist.

11. Stufenlos regelbares Übersetzungsgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialgetrie besystem einen harmonischen Antrieb aufweist.

12. Stufenlos regelbares Übersetzungsgetriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zur wahlweisen Änderung der Winkelbeziehung zwischen dem Planetenradträger und den Sternenrädern folgende Ele mente aufweist:

13. Stufenlos regelbares Übersetzungsgetriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur wahlweisen Drehung des Ritzels eine manuell bedienbare Kurbel ist.

14. Stufenlos regelbares Übersetzungsgetriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur wahlweisen Drehung des Ritzels ein umkehrbarer elektri scher Motor/Generator ist.

15. Stufenlos regelbares Übersetzungsgetriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur wahlweisen Drehung des Ritzels eine umkehrbare hydrau lische Motor/Pumpeneinheit ist.