DE4017613A1 - Getriebe mit stufenlos verstellbarer uebersetzung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit stufenlos verstell­ barer Übersetzung, insbesondere ein Getriebe von der Bauart mit einem Wälzrad.

Ein Beispiel eines herkömmlichen Getriebes mit stufenlos verstellbarer Übersetzung zur Übertragung einer Drehbewegung ist vom toroidalen Typ. Der Aufbau eines typischen Beispiels wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert, die einen Schnitt zur Erläuterung eines Getriebes dieser Art zeigt.

In Fig. 1 ist eine Hauptantiebswelle 1 vom Hauptrahmen 2 drehbar gelagert und an eine nicht dargestellte externe Haupt­ antriebseinheit angeschlossen. Ein Hauptwälzrad 3 ist an der Hauptantriebswelle 1 befestigt und dreht sich mit ihr, wobei das Hauptwälzrad 3 eine Wälzfläche 3 a besitzt, die von einer durchgehenden Umfangsnut mit bogenförmigem Querschnitt gebildet wird.

Ein Zwischenwälzrad 4 dient zur Übertragung der Antriebsdreh­ kraft des Hauptwälzrades 3 auf ein nachstehend beschriebenes angetriebenes Wälzrad. Das Zwischenwälzrad 4 besitzt eine Wälzfläche 4 a, die von einem durchgehenden Umfangssteg mit bogenförmigem Querschnitt gebildet wird, wobei das Zwischen­ wälzrad 4 von einer Zwischenwälzrad-Trägerachse bzw. Drehachse 5 drehbar gelagert ist. Eine angetriebene Welle 6 ist an eine nicht dargestellte externe angetriebene Einheit angeschlossen, und die angetriebene Welle 6 ist bezüglich des Hauptrahmens 2 drehbar gelagert.

Ein angetriebenes Wälzrad 7 dient zur Übertragung der Drehkraft auf die angetriebene Welle 6, wobei auf dem angetriebenen Wälzrad 7 eine Wälzfläche 7 a vorgesehen ist, die von einer durchgehenden Umfangsnut mit bogenförmigem Querschnitt gebildet wird. Eine Berührungsdruckeinrichtung 8 a dient dazu, die Wälzfläche 3 a und die Wälzfläche 4 a mit einem vorgegebenen Berührungsdruck in Kontakt miteinander zu bringen, und zwar längs einer Wirkungslinie S des Berührungsdruckes, während eine Berührungsdruckeinrichtung 8 b dazu dient, die Wälzfläche 4 a und die Wälzfläche 7 a mit einem vorgegebenen Berührungsdruck in Kontakt miteinander zu bringen, und zwar längs einer Wirkungs­ linie SS des Berührungsdruckes.

Ein Übersetzungseinsteller 9 dient zur Einstellung der Dreh- bzw. Schwenkstellung der Zwischenwälzrad-Trägerachse 5 um einen Punkt P , um das Zwischenwälzrad 4 zu kippen oder zu verschwen­ ken, so daß die Wälzflächen-Berührungsbereiche auf den Berüh­ rungsdruck-Wirkungslinien S und SS sich verschieben lassen. Dieser Übersetzungseinsteller 9 ist über einen Zahnradsektor 9 an die Zwischenwälzrad-Trägerachse 5 angeschlossen.

Die Wirkungsweise des herkömmlichen Getriebes mit stufenloser verstellbarer Übersetzung wird nachstehend erläutert.

Wenn die nicht dargestellte externe Hauptantriebseinheit die Hauptantriebswelle 1 und das Hauptwälzrad 3 antreibt, so treibt das Hauptwälzrad 3 das Zwischenwälzrad 4 aufgrund der Reibung zwischen den Wälzflächen 3 a und 4 a an. Die Drehung des Zwischenwälzrades 4 bewirkt, daß das angetriebene Wälzrad 7 aufgrund der Reibung zwischen den Wälzflächen 4 a und 7 a angetrieben wird.

Auf diese Weise wird die an der Hauptantriebswelle 1 angrei­ fende Drehkraft auf die angetriebene Welle 6 übertragen. Die Einstellung des Übersetzungsverhältnisses bei dem oben beschriebenen Getriebe wird vorgenommen mit dem Übersetzungs­ einsteller 9, der eine entsprechende Betätigungseinrichtung 9 b, beispielsweise in Form einer Kurbel aufweist.

Wenn nämlich die Betätigungseinrichtung 9 b betätigt wird, um über den Zahnradsektor 9 a die Position der Berührungspunkte zwischen der Wälzfläche 3 a des Wälzrades 3 und der Wälzfläche 4 a des Zwischenwälzrades 4 sowie zwischen der Wälzfläche 4 a des Zwischenwälzrades 4 und der Wälzfläche 7 a des angetriebenen Wälzrades 7 zu verschieben, so werden der wirksame Durchmesser des Hauptwälzrades 3 und der wirksame Durchmesser des angetriebenen Wälzrades 7 verändert, so daß dadurch das Übersetzungsverhältnis verändert wird.

Getriebe mit stufenlos verstellbarer Übersetzung, die im allgemeinen den oben beschriebenen herkömmlichen Aufbau haben, werden mit den nachstehend angegebenen zwei fundamentalen Anforderungen betrieben. Die erste Anforderung besteht darin, daß ein Berührungsdruck im Wälzflächen-Berührungsbereich von einer Berührungsdruckerzeugungseinrichtung ausgeübt wird, so daß eine Reibung zwischen den Paaren von Wälzrädern erzeugt wird; die zweite Anforderung besteht darin, daß eine Betäti­ gungskraft auf den Wälzflächen-Berührungsbereich ausgeübt wird mit einer Überseztungseinstelleinrichtung, so daß der Berüh­ rungsbereich verschoben wird. Der Berührungsdruck sollte einen Wert haben, der für eine erforderliche Reibungskraft sorgt, die zur Übertragung eines Drehmomentes zu jedem Zeitpunkt erforder­ lich und ausreichend ist.

Ein übermäßig hoher Berührungsdruck ist dabei insofern sehr nachteilig, als er Reibungsverluste mit sich bringt, die bei der Energieübertragung verlorengehen. Es ist daher erforderlich, einen solchen übermäßigen Berührungsdruck zu verhindern, um in idealer Weise den Wirkungsgrad der Energieübertragung der Vorrichtung zu erhöhen.

Außerdem ist die obenerwähnte Betätigungskraft wichtig zur Bestimmung der Steuerfunktion der Vorrichtung, und wenn diese Betätigungskraft mit einer geeigneten Übersetzungseinstellein­ richtung im Verhältnis zum Übertragungsdrehmoment zu jedem Zeitpunkt geändert werden kann, so wird eine ideale stufenlos verstellbare Übersetzungsfunktion erreicht, bei der das Übersetzungsverhältnis automatisch in Abhängigkeit von dem Übertragungsdrehmoment gesteuert werden kann.

Wenn jedoch eine solche ideale Funktion mit der herkömmlichen Technik erreicht werden soll, ist es erforderlich, zusätzliche spezielle Maßnahmen vorzusehen, und zwar sowohl bei der Berührungsdruck-Erzeugungseinrichtung als auch der Überset­ zungseinstelleinrichtung.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Getriebe mit stufenlos verstellbarer Übersetzung anzugeben, das einen in sich geschlossenen unabhängigen mechanischen automatischen Steuermechanismus enthält, so daß das Getriebe einen höheren Wirkungsgrad bei der Energieübertragung besitzt als ein herkömmliches Getriebe, ohne daß dazu ein komplizierter Aufbau des Getriebes erforderlich ist.

Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung in zufriedenstellender Weise gelöst. Das erfindungsgemäße Getriebe mit stufenlos verstellbarer Übersetzung umfaßt einen Hauptrahmen und ein Paar von Wälzradanordnungen. Jede Wälzradanordnung weist ein Kupplungsrad in Form eines Kegelrades, ein Wälzrad mit einem Kegelrad, das mit dem Kupplungsrad kämmt, sowie ein Drehachsen­ teil auf, welches das Kupplungsrad und das Wälzrad drehbar lagert.

Das Wälzrad hat eine Außenumfangsfläche, die gebildet wird von einer rotationssymmetrischen Evolventen, und das Drehachsenteil ist von dem Hauptrahmen bezüglich der Umfangsrichtung des Kupplungsrades drehbar gelagert. Die Wälzradanordnungen sind parallel zueinander am Hauptrahmen montiert in einer solchen Anordnung, daß die Achsen der Kupplungsräder parallel zueinander verlaufen, wobei die Achsen der Wälzräder in einer Ebene senkrecht zu den Achsen der Kupplungsräder liegen, und daß die Wälzräder an ihrem Außenumfang miteinander in Berührung stehen.

Das Getriebe umfaßt weiterhin eine Eingangswelle, die an das Kupplungsrad von der einen Wälzradanordnung angeschlossen ist, eine Ausgangswelle, die an das Kupplungsrad der anderen Wälzradanordnung angeschlossen ist, und eine Berührungsdruck- Beaufschlagungseinrichtung, welche die Achsen der Wälzräder vorspannt, um die Drehachsenteile in Umfangsrichtung des Kupplungsrades zu den jeweiligen Berührungsbereichen hin zu drehen.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungs­ beispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 einen Schnitt zur Erläuterung eines herkömmlichen Getriebes mit stufenlos verstellbarer Übersetzung;

Fig. 2 einen Schnitt zur Erläuterung der Wälzradanordnung eines erfindungsgemäßen Getriebes;

Fig. 3 einen Schnitt der Wälzradanordnung längs der Linie III- III in Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt der Wälzradanordnung zur Erläuterung ihrer Konfiguration;

Fig. 5 einen Längsschnitt zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Getriebes mit stufenlos verstellbarer Übersetzung;

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 5; und in

Fig. 7 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Getriebes mit stufenlos verstellbarer Übersetzung.

Nachstehend wird eine Ausführungsform gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 7 erläutert, in denen ein Getriebe mit stufenlos verstellbarer Übersetzung dargestellt ist, das folgendes aufweist: ein Paar von Wälzradanordnungen 40, nämlich 40 a und 40 b, die jeweils ein Wälzrad 10 haben, ein Kupplungsrad 20 sowie ein Drehachsenteil 30, um das Wälzrad 10 und das Kupplungsrad 20 drehbar zu lagern.

Die Wälzradanordnungen 40 sind in einem Gehäuse 50 drehbar gelagert. Das Wälzrad 10 hat eine Wälzfläche 11 auf seinem Außenumfang, ein Kegelrad 12 konzentrisch mit der Wälzfläche 11 des Wälzrades 10 sowie ein Lager 13. Das Kupplungsrad 20 hat ein Kegelrad 21, das mit dem Kegelrad 12 des Wälzrades 10 kämmt, und ein Lager 22.

Das Drehachsenteil 30 weist eine Wälzrad-Trägerachse 31 und eine Kupplungsrad-Trägerachse 32 auf und hat eine im wesentlichen T-förmige Konfiguration, wobei das eine Ende der Wälzrad-Trägerachse 31 integral an der Mitte der Kupplungsrad- Trägerachse 32 befestigt ist, so daß sie sich senkrecht zueinander erstrecken.

Das Drehachsenteil 30 lagert in drehbarer Weise das Wälzrad 10 mit seiner Trägerachse 31 über das Lager 13 und das Kupplungs­ rad 20 mit seiner Trägerachse 32 über das Lager 22. Das Gehäuse 50 lagert drehbar die Kupplungsrad-Trägerachse 32 über Lager 51 und 52, so daß jede der Wälzradanordnungen 40 um die Achse der Trägerachse 32 drehbar ist.

Die Konfiguration der Wälzfläche 11 des Wälzrades 10 wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 4 näher erläutert. In Fig. 4 haben die Bezugszeichen folgende Bedeutung: P ist der Punkt, durch den die Achse der Kupplungsrad-Trägerachse 32 hindurchgeht; M ist die Achse der Wälzrad-Trägerachse 31; T bezeichnet die Kontur der Wälzfläche 11; C bezeichnet einen Kreis mit einem vorgegebenen Radius um den Punkt P ; und J bezeichnet einen Teil der Evolvente, die unter Verwendung des Kreises C als Basiskreis gebildet wird.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, kann die Konfiguration der Wälzfläche 11 definiert werden als gekrümmte Oberfläche eines rotationssymmetrischen Körpers, der erhalten wird, indem man einen vorgegebenen kontinuierlichen Abschnitt, der ein Kurvenabschnitt T der Evolventen J zwischen den Punkten bei den Winkeln R 1 und R 2 vom Ausgangspunkt der Evolventen J , ausgehend von dem Basiskreis C mit vorgegebenem Durchmesser und Zentrum im Punkt P ist, eine vollständige Rotation um die Achse M der Wälzrad-Trägerachse 31 ausführen läßt.

Damit haben die Konturen der Wälzfläche 11, die an zwei Punkten auf dem Abschnitt des Wälzrades 10 erscheinen, eine spiegel­ bildliche Relation zueinander bezüglich der Achse M der Wälzrad-Trägerachse 31.

Die Wirkungsweise der Wälzradanordnung 40 wird nachstehend näher erläutert. Wenn eines von Wälzrad 10 und Kupplungsrad 20 dazu gebracht wird, das andere anzutreiben, so werden diese Räder in einen Zustand gebracht, in welchem ein Drehmoment entsprechend dem Verhältnis der Zähnezahlen der Kegelräder 12 und 21 um die jeweilige Drehachse wechselseitig aufeinander wirkt.

Außerdem wird ein Zustand gebildet, in welchem ein Drehmoment, gleich dem auf das Kupplungsrad 20 wirkenden Drehmoment, um die Achse der Kupplungsrad-Trägerachse 32 auf das Wälzrad 10 ausgeübt wird. Wenn unter diesen Umständen ein Reaktionsdreh­ moment, welches mit dem Drehmoment um die Kupplungsrad-Träger­ achse 32 ausgeglichen ist, in geeigneter Weise an dem Wälzrad 10 angreift und wenn die gesamte Wälzradanordnung 40 in einer beliebigen Position gehalten wird, so daß sie nicht um die Achse der Kupplungsrad-Trägerachse 32 gedreht wird, dann drehen sich das Wälzrad 10 und das Kupplungsrad 20 um die jeweiligen Drehachsen mit einer Drehzahl in Abhängigkeit vom umgekehrten Verhältnis zum Verhältnis der Zähnezahlen der Kegelräder, um auf diese Weise die Rotationsenergie zwischen ihnen zu übertragen.

Mit anderen Worten, wenn das Wälzrad 10 um das Kupplungsrad 20 Rotationsenergie übertragen, so wirkt ein Drehmoment, das gleich dem Übertragungsdrehmoment auf der Seite des Kupplungs­ rades 20 ist, auf das Wälzrad 10 als Drehmoment um die Achse der Kupplungsrad-Trägerachse 32. Diese Art der Wirkungsweise stellt eines der Merkmale der erfindungsgemäßen Wälzradanord­ nung dar.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 7 folgt nunmehr eine detaillierte Beschreibung eines Getriebes mit stufenlos verstellbarer Übersetzung mit einem Paar von Wälzradanordnungen der oben beschriebenen Art. In den Fig. 5 bis 7 weist das Getriebe mit stufenlos verstellbarer Übersetzung ein Gehäuse 50 auf, das einen äußeren Rahmen bildet, in welchem eine eingangsseitige Wälzradanordnung 40 a drehbar gelagert ist von am Gehäuse 50 montierten Lagern 51 a und 52 a, und in welchem eine ausgangsseitige Wälzradanordnung 40 b drehbar gelagert ist von am Gehäuse 50 montierten Lagern 51 b und 52 b.

Obwohl diese Wälzradanordnungen 40 a und 40 b der Wälzradanord­ nung 40 gemäß Fig. 2 und 3 entsprechen, sind sie in diesen Figuren mit den entsprechenden Bezugszeichen gemäß Fig. 2 und 3 sowie den Zusätzen ª bzw. b bezeichnet, welche die Komponenten auf der Eingangsseite (ª) bzw. auf der Ausgangsseite (b) bezeichnen.

Das bedeutet, dieses Getriebe mit stufenlos verstellbarer Übersetzung wird gebildet durch Anbringen der Wälzradanordnung 40 a auf der Eingangsseite und der Wälzradanordnung 40 b auf der Ausgangsseite in einer solchen Anordnung, daß die Achsen ihrer Kupplungsrad-Trägerachsen 32 a und 32 b parallel zueinander verlaufen, daß die Achsen der Wälzräder 10 a und 10 b in einer Ebene senkrecht zu den Achsen der Kupplungsrad-Trägerachsen 32 a und 32 b liegen, und daß die Wälzflächen 11 a und 11 b miteinander in Berührung stehen.

Das eine Ende von jeder der Kupplungsrad-Trägerachsen 32 a und 32 b steht nach außen vor und geht durch eine Seitenwand des Gehäuses 50 hindurch. Ein Kegelrad 61 ist an der Spitze einer Eingangswelle 60 a vorgesehen, und dieses Kegelrad 61 a ist in Umfangsrichtung drehbar, aber axial unbeweglich bezüglich des Gehäuses 50 von einem Lager 53a gelagert, das am Gehäuse 50 montiert ist.

In gleicher Weise ist ein Kegelrad 61 b an der Spitze einer Ausgangswelle 60 b vorgesehen, und dieses Kegelrad 61 b ist in Umfangsrichtung drehbar, aber axial unbeweglich bezüglich des Gehäuses 50 von einem Lager 53 b gelagert, das am Gehäuse 50 montiert ist. Ein Berührungsdruckzahnrad 70 a sitzt lose über einem Vorsprung der Kupplungsrad-Trägerachse 32 a, und ein Zapfen 71 zum Anschließen einer Berührungsdruckfeder, die nachstehend näher erläutert ist, ist daran starr montiert.

Ein Berührungsdruckring 75 a ist an einem vorstehenden Ende der Kupplungsrad-Trägerachse 32 a integral befestigt, und in diesen ist ein Zapfen 76 a eingesetzt zur Verbindung mit der Berüh­ rungsdruckfeder, wie es nachstehend erläutert ist. Ein Überset­ zungseinstellzahnrad 70 b kämmt mit dem Berührungsdruckzahnrad 70 a und hat ein Positionierungsloch 72, durch welches ein Zapfen hindurchgeht, um eine Übersetzungseinstellfeder in der nachstehend beschriebenen Weise zu halten.

Ein Übersetzungseinstellring 75 b ist an dem vorstehenden Ende der Kupplungsrad-Trägerachse 32 b integral befestigt und hat einen eingesetzten Zapfen 76 b, der mit einer Übersetzungsein­ stellfeder in der nachstehend beschriebenen Weise verbunden ist.

Ein Zapfen 55, der am Gehäuse 50 zur Halterung der Überset­ zungseinstellfeder angebracht ist, ist so angeordnet, daß er sich durch das Positionierungsloch 72 des Übersetzungseinstell­ zahnrades 70 b erstreckt, so daß der Bereich der Schwenkbewegung des Übersetzungseinstellzahnrades 70 b durch den Zapfen 55 begrenzt ist. Eine Berührungsdruck-Spiralfeder 80 a ist zwischen dem Zapfen 71 und dem Zapfen 76 a vorgesehen, und eine Berüh­ rungsdruck-Spiralfeder 80 b ist zwischen dem Zapfen 55 und dem Zapfen 76 b vorgesehen.

Die Wirkungsweise des Getriebe mit stufenlos verstellbarer Übersetzung gemäß der Erfindung wird nachstehend näher erläutert. Der Berührungszustand, der zwischen der Wälzfläche 11 a und der Wälzfläche 11 b ausgebildet wird, ist völlig äquivalent zu einem kämmenden Mechanismus zwischen zwei Evolventen-Zahnrädern, und jedes der Wälzräder 10 a und 10 b entspricht einem Zahn von jedem der imaginären Zahnräder, die ihre Zentren auf der Kupplungsrad-Trägerachse 32 a bzw. 32 b haben und in einem kämmenden Eingriff stehen. Dies läßt sich aus der vorstehenden Beschreibung im Zusammenhang mit Fig. 4 leicht verstehen.

Zunächst wird die Funktion der Berührungsdruck-Spiralfeder 80 a in einem solchen Mechanismus beschrieben. Die Berührungsdruck- Spiralfeder 80 a übt von der Seite des Berührungszahnrades 70 a eine Torsionsfederkraft im Uhrzeigersinn auf den Berührungs­ druckring 75 a aus. Diese Federkraft wird von dem Berührungs­ druckring 75 a in derselben Richtung auf die Wälzfläche 11a des Wälzrades 10 a übertragen, und zwar über die Kupplungsrad-Träger­ achse 32 a und die Wälzrad-Trägerachse 31 a. Andererseits wird eine Torsionsfederkraft im Gegenuhrzeigersinn, die auf das Berührungszahnrad 70 a wirkt, auf das Übersetzungseinstell­ zahnrad 70 b übertragen, nachdem sie in ihrer Richtung in den Uhrzeigersinn umgekehrt worden ist an der Wälzfläche 11 b des Wälzrades 10 b über die Kupplungsrad-Trägerachse 32 b und die Wälzrad-Trägerachse 31 b.

Somit wird die Funktion der Berührungsdruck-Spiralfeder 80 a ausgeglichen innerhalb einer geschlossenen Schleife, die durch den Berührungspunkt auf den Wälzflächen hindurchgeht, so daß stets ein im wesentlichen konstanter Berührungsdruck an der Berührungsstelle zwischen der Wälzfläche 11 a und der Wälzfläche 11 b herrscht, wie es in Fig. 5 dargestellt ist.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich, übt die nachstehend beschriebene Übersetzungseinstell-Spiralfeder 80 b eine Torsionsfederkraft im Uhrzeigersinn auf das Übersetzungseinstellzahnrad 70 b und die Kupplungsrad-Trägerachse 32 b integral mit dem Übersetzungsein­ stellzahnrad 70 b ausgehend von dem Zapfen 55 aus, der am Gehäuse 50 befestigt ist. Eine Torsionsfederkraft im Gegenuhr­ zeigersinn beaufschlagt die Kupplungsrad-Trägerachse 32 a von der Kupplungsrad-Trägerachse 32 b über die in Eingriff stehenden Wälzräder 10 a und 10 b als imaginäre Zahnräder, die oben beschrieben worden sind als ein Äquivalent eines kämmenden Mechanismus von zwei Evolventen-Zahnrädern.

Da das Berührungsdruckzahnrad 70 a, welches direkt mit dem Übersetzungseinstellzahnrad 70 b kämmt, lose über der Kupplungsrad-Trägerachse 32 a sitzt, hat das Berührungsdruck­ zahnrad 70 a keine direkte Wirkung auf die Kupplungsrad-Träger­ achse 32 a. Aufgrund der oben beschriebenen Wirkung der Überset­ zungseinstell-Spiralfeder 80 b kann die Wirkung gegen die Torsi­ onsfederkraft betrachtet werden als Summe der Torsionsfeder­ kraft auf die Kupplungsrad-Trägerachse 32 b im Gegenuhrzeiger­ sinn und der Torsionskraft auf die Kupplungsrad-Trägerachse 32 a im Uhrzeigersinn, was der Torsionskraft einer Komponente entspricht, die proportional zur Summe der Eingangsdrehkraft auf die Eingangswelle 60 a und der Lastdrehkraft auf die Ausgangswelle 60 b ist.

In den Fig. 5 und 6 ist die Relation des Drehmomentes, das zwischen der Eingangswelle 60 a und dem Kupplungsrad 20 a wirkt, festgelegt durch das Verhältnis der Zähnezahlen der Kegelräder in ähnlicher Weise wie die Relation des Drehmomentes, das zwischen dem Wälzrad 10 a und dem Kupplungsrad 20 a wirkt, festgelegt ist durch das Verhältnis der Zähnezahlen der Kegelräder. Dies gilt auch für die Ausgangsseite, und die Relation des Drehmomentes, das zwischen der Ausgangswelle 60 b und dem Kupplungsrad 20 b wirkt, ist festgelegt durch das Verhältnis der Zähnezahlen der Kegelräder.

Da ein Merkmal der Wälzradanordnung gemäß der Erfindung darin besteht, daß ein Drehmoment, welches gleich dem von dem Kupplungsrad 20 a ausgeübten Drehmoment ist, auf die Kupplungsrad-Trägerachse 32a wirkt und das in gleicher Weise ein Drehmoment, das gleich dem von dem Kupplungsrad 20 b ausgeübten Drehmoment ist, auf die Kupplungsrad-Trägerachse 32 b wirkt, ist das, was als Summe der Torsionskraft der auf die Kupplungsrad-Trägerachse 32 b und der Torsionskraft auf die Kupplungsrad-Trägerachse 32 a angesehen werden kann, exakt die Komponente proportional zu einer Summe aus dem Eingangsdrehmoment auf die Eingangswelle 60 a und dem Lastdrehmoment auf die Ausgangswelle 60 b. Somit wirkt die Torsionsfederkraft der Übersetzungseinstell-Spiralfeder 80 b in der Richtung, die von der Summe des Eingangsdrehmomentes und des Ausgangsdrehmomentes abhängt.

Wenn bei der Anordnung gemäß Fig. 5 bis 7 die Eingangswelle 60 a an der Unterseite in diesen Fig. 5 bis 7 sich im Uhrzeigersinn dreht, so wird diese Drehung übertragen durch die kämmenden Kegelräder 61 a, 21 a und 12 a, die dafür sorgen, daß sich das Wälzrad 10 a um die Wälzrad-Trägerachse 31 a dreht, so daß die Übertragung der Drehung erreicht werden kann aufgrund des Reibungseingriffes zwischen der Wälzfläche 11 a des Wälzrades 10 a und der Wälzfläche 11 b des Wälzrades 10 b.

Da zumindest der Berührungsdruck durch die Berührungsdruck- Spiralfeder 80 a auf den Berührungspunkt zwischen der Wälzfläche 11 a und der Wälzfläche 11 b wirkt, kann eine Reibungskraftüber­ tragung durchgeführt werden, die dafür sorgt, daß sich das Wälzrad 10 b um die Wälzrad-Trägerachse 31 b dreht. Diese Drehung wird übertragen durch die kämmenden Kegelräder 12 b, 21 b und 61 b auf die Ausgangswelle 60 b als eine Drehung der Ausgangswelle 60 b im Gegenuhrzeigersinn, wenn man die Anordnung von der Unterseite dieser Fig. 5 bis 7 betrachtet.

In diesen Übertragungsweg sind vier Stufen von Zahnradübertra­ gungen und eine Stufe von Reibungsübertragung involviert. Da die Zahnradübertragungsmechanismen jeweils feste Übersetzungs­ verhältnisse haben, kann eine Änderung der Übersetzung zwischen der Eingangswelle 60 a und der Ausgangswelle 60 b nur dadurch erreicht werden, daß man das Übersetzungsverhältnis der einzigen Reibungsübertragungsstufe oder das Verhältnis der Umdrehungen des Wälzrades 10 a und des Wälzrades 10 b ändert.

Das Umdrehungsverhältnis des Wälzrades 10 a und des Wälzrades 10 b hängt zusammen mit der Position, in der die Wälzflächen der Wälzräder miteinander in Berührung gebracht werden und ist bestimmt durch das Verhältnis zwischen den Längen der Schenkel der Linien senkrecht zu den Achsen der jeweiligen Wälzrad- Trägerachsen von dem Berührungspunkt aus.

Bei der hier beschriebenen Ausführungsform ist in Fig. 7 das Umdrehungsverhältnis zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle auf seinem Maximum, wenn das Übersetzungsein­ stellzahnrad 70 b im Uhrzeigersinn gedreht wird und seine weitere Drehung im Uhrzeigersinn durch den Zapfen 55 begrenzt ist, der mit seinem einen Ende mit dem Positionierungsloch 72 in Eingriff steht; und das Umdrehungsverhältnis zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle ist auf seinem Minimum wenn das Übersetzungseinstellzahnrad 70 b im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird und seine weitere Drehung in Gegenuhrzeigersinn begrenzt durch den Zapfen 55 ist, der mit dem anderen Ende des Positionierungsloches 72 in Eingriff steht.

Wenn das Lastdrehmoment der Ausgangswelle 60 b klein ist, so wird die Summe des Lastdrehmomentes und des Eingangsdrehmomen­ tes ausgeglichen mit einer relativ kleinen Kraft, die in Abhängigkeit von der Torsionsfedercharakteristik der Überset­ zungseinstell-Spiralfeder 80 b geliefert wird; wenn das Lastdrehmoment zunimmt, wird die Summe aus diesem Lastdrehmo­ ment und dem Eingangsdrehmoment ausgeglichen durch eine größere Kraft, die von der Übersetzungseinstell-Spiralfeder 80 b gelie­ fert wird, die in Abhängigkeit von der Torsionsfedercharakteri­ stik zunimmt.

Mit anderen Worten, der Punkt, an dem die erwähnte Summe der Drehmomente ausgleicht, verschiebt sich längs der Torsions­ federcharakteristik. Wenn beispielsweise das Lastdrehmoment zunimmt auf einen Wert, der dicht bei dem Maximalwert innerhalb des vorgegebenen Bereiches liegt, so wird die Übersetzungsein­ stell-Spiralfeder 80 b aufgewickelt und das Übersetzungsein­ stellzahnrad 70 b im Gegenuhrzeigersinn gedreht, und die Positionsrelation zwischen dem Wälzrad 10 a und dem Wälzrad 10 b verschiebt sich in die Position, in der die Wälzrad-Trägerachse 31 a im Uhrzeigersinn gedreht wird, so daß das Umdrehungsver­ hältnis zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle dicht an den Minimalwert herankommt, so daß eine Untersetzung bei der Ausgangswelle 60 b stattfindet.

Während des oben beschriebenen Vorganges wird der Berührungsdruck, der für den Reibungsantrieb erforderlich ist, in ausreichendem Maße, aber nicht in übermäßiger Weise ausgeübt, nicht nur durch die Berührungsdruck-Spiralfeder 80 a, sondern auch direkt durch das wirkende Drehmoment des Kupplungsrades in Abhängigkeit von dem Übertragungsdrehmoment.

Wie vorstehend erläutert, weist das Getriebe mit stufenlos verstellbarer Übersetzung gemäß der Erfindung folgendes auf:

Einen Hauptrahmen, ein Paar von Wälzradanordnungen, die jeweils ein Kupplungsrad in Form eines Kegelrades haben, ein Wälzrad mit einem Kegelrad, das mit dem Kupplungsrad kämmt, und ein Drehachsenteil, welches das Kupplungsrad und das Wälzrad drehbar lagert. Das Wälzrad hat eine Außenumfangsfläche, die durch eine Evolventenkurve gebildet wird, und das Drehachsen­ teil ist von dem Hauptrahmen drehbar gelagert bezüglich der Umfangsrichtung des Kupplungsrades.

Das Paar von Wälzradanordnungen ist dabei parallel zueinander am Hauptrahmen in einer derartigen Anordnung montiert, daß die Achsen der Kupplungsräder parallel zueinander verlaufen und daß die Achsen der Wälzräder in einer Ebene senkrecht zu den Achsen der Kupplungsräder liegen. Die Wälzräder stehen dabei miteinander in Berührung an ihrem jeweiligen Außenumfang.

Eine Eingangswelle ist mit dem Kupplungsrad von der einen Wälzradanordnung verbunden, und eine Ausgangswelle ist mit dem Kupplungsrad der anderen Wälzradanordnung verbunden. Eine Einrichtung zur Ausübung eines Berührungsdruckes spannt die Achsen der Wälzräder vor, um die Drehachsenteile in der Umfangsrichtung des Kupplungsrades zu ihren jeweiligen Berührungsbereichen zu drehen.

Wenn somit das Kupplungsrad der Wälzradanordnung auf der Eingangsseite von einem Eingangsdrehmoment angetrieben wird, so treibt das Kupplungsrad das Wälzrad über die Kegelräder an, und dieses Wälzrad treibt das Wälzrad der Wälzradanordnung auf der Ausgangsseite durch Reibungseingriff an, so daß das Kupplungsrad auf der Ausgangsseite über das Kegelrad angetrie­ ben wird und ein Ausgangsdrehmoment liefert.

Wenn das Lastdrehmoment auf der Ausgangsseite zunimmt oder abnimmt, so wird das Wälzrad auf der Ausgangsseite längs der Umfangsrichtung des Kupplungsrades verschwenkt, und zwar in Abhängigkeit von der Vorspannungskraft der den Berührungsdruck erzeugenden Einrichtung, um das Umdrehungsverhältnis oder das Übersetzungsverhältnis zwischen dem eingangsseitigen Wälzrad und dem ausgangsseitigen Wälzrad zu ändern.

Außerdem wirkt die Wälzradanordnung direkt auf das Wälzrad mit einer Kraft, die mit dem Übertragungsdrehmoment als Berührungs­ druck auf die Wälzübertragungsfläche in Korrelation steht. Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe mit stufenlos verstellbarer Übersetzung kann somit der erforderliche Berührungsdruck zu jedem Zeitpunkt automatisch und stets gewährleistet werden in Abhängigkeit von dem momentanen Übertragungsdrehmomentwert, und das Übersetzungsänderungsverhältnis kann zu jedem Zeitpunkt automatisch in einer kontinuierlichen, stufenlosen Weise in Abhängigkeit von dem sich ändernden Übertragungsdrehmomentwert gewählt werden.

Gemäß der Erfindung kann somit eine automatische Regelungsfunk­ tion des Getriebes realisiert werden durch in der Anordnung selbst enthaltene, rein mechanische Maßnahmen. Außerdem wird ein höherer Übertragungswirkungsgrad als bei herkömmlichen Getrieben erreicht mit einem einfacheren Aufbau als bei herkömmlichen Bauformen.

Claims (1)

1. Getriebe mit stufenlos verstellbarer Übersetzung, umfassend

   • - einen Hauptrahmen (50);
   • - ein Paar von Wälzradanordnungen (40; 40 a, 40 b), die jeweils ein Kupplungsrad (20; 20 a, 20 b) mit einem Kegelrad (21; 21 a, 21 b), ein Wälzrad (10; 10 a, 10 b) mit einem Kegelrad (12; 12 a, 12 b), das mit dem Kupplungsrad (20; 20 a, 20 b) kämmt, und ein Drehachsenteil (30; 30 a, 30 b) aufweist, welches das Kupplungsrad (20; 20 a, 20 b) und das Wälzrad (10; 10 a, 10 b) drehbar lagert, wobei das Wälzrad (10; 10 a, 10 b) mit einer Außenumfangsfläche (11; 11 a, 11 b) versehen ist, die von einer rotationssymmetrischen Evolventen-Kurve gebildet wird, und wobei das Drehachsenteil (30; 30 a, 30 b) von dem Hauptrahmen (50) bezüglich der Umfangsrichtung des Kupplungsrades (20; 20 a, 20 b) drehbar gelagert ist;
   • - wobei das Paar von Wälzradanordnungen (40; 40 a, 40 b) parallel zueinander am Hauptrahmen (50) in einer solchen Anordnung montiert ist, daß die Achsen (32 a, 32 b) der Kupplungsräder (20 a, 20 b) parallel zueinander liegen, daß die Achsen (31 a, 31 b) der Wälzräder (10 a, 10 b) in einer Ebene senkrecht zu den Achsen (32 a, 32 b) der Kupplungsräder (20 a, 20 b) liegen und daß die Wälzräder (10 a, 10 b) an ihren Außenumfängen (11 a, 11 b) miteinander in Berührung stehen;
   • - eine Eingangswelle (60 a), die an das Kupplungsrad (20 a) der einen Wälzradanordnung (40 a) angeschlossen ist;
   • - eine Ausgangswelle (60 b), die an das Kupplungsrad (20 b) der anderen Wälzradanordnung (40 b) angeschlossen ist; und
   • - eine Berührungsdruck-Beaufschlagungseinrichtung (80 a, 80 b), welche die Achsen der Wälzräder (10 a, 10 b) vorspannt, um die Drehachsenteile (30 a, 30 b) in Umfangsrichtung des Kupplungsrades (20 a), (20 b) zu den jeweiligen Berührungs­ bereichen hin zu drehen.