DE4320275A1 - Stufenloses Getriebe - Google Patents

Description

Stufenloses Getriebe mit großem Stellbereich, besonders für die Verwendung in Kraftmaschinen oder Wandlern kleiner und mittlerer Leistung, das einfache Bauweise, leichte Verstellbarkeit und gute Kraftübertragungseigenschaften in sich vereinigt.

In vielen Bereichen der Kraftumformung kann auf Drehzahl- und Drehmomentwandler in Form von Getrieben nicht verzichtet werden. Speziell in Gerätschaften, die Antriebskraft besonders ökonomisch ausnutzen müssen, wie z. B. wohl zukünftig in Solarfahrzeugen aller Art besteht Bedarf für eine solche Vorrichtung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, die einfach im Aufbau ist, jedes beliebige Unter- oder Übersetzungsverhältnis einzustellen erlaubt und sogar eine stufenlose Änderung zwischen Antrieb und Abtrieb erlaubt.

Als weiterer Vorteil ergibt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Möglichkeit, sie mit einfachen Zusätzen zu einem automatischen Getriebe auszubauen. Hierfür sind zwei Möglichkeiten leicht realisierbar: die Konstanthaltung der Antriebsdrehzahl oder die Konstanthaltung der Antriebskraft.

Somit betrifft die Erfindung in ihrer Grundform ein stufenloses Getriebe nach den Ansprüchen 1-10.

Eine erfindungsgemäße Ausführung einer solchen Vorrichtung besteht gemäß Fig. 1 prinzipiell aus einer runden/ebenen, konischen oder halbkugelförmigen Scheibe (9), die vom Mittelpunkt aus strahlenförmig mehrfach geschlitzt ist - im gezeigten Falle z. B. achtfach. Die Schlitze dienen zur Aufnahme und Führung von speziell geformten Gleitern oder rollenden Körpern (1)-(8), welche in ihrer innersten Endlage einen Kreisring bilden, auf dem ein beliebig geformter Treibriemen (11) läuft.

Wie aus Fig. 2 und Fig. 3 ersichtlich ist, ergibt sich bei gleichzeitigem Verschieben der Gleiter nach außen eine Veränderung der durch die Gleiter (1-8) gebildeten Lauffläche für den Riemen.

Obgleich die so simulierte "Riemenscheibe" außerhalb der innersten Endlage keine absolute Rundheit aufweist, bleiben die Abweichungen auch in der in Fig. 3 gezeigten äußersten Endlage unter 2,5% und verringern sich nach innen zu auf 0%.

(Dieser Kalkulation liegen 8 Gleiter zugrunde. Bei einer größeren Anzahl dieser Elemente verbessert sich die Rundheit proportional.)

Ein Kernproblem für die Anwendbarkeit der Gerätschaft ist die einfache, billige und präzise Verstellung der Gleiter in den radialen Schlitzen (10) der Scheibe (9). Fig. 4, Fig. 5 und Fig. 6 stellen eine schematische erfindungsgemäße Ausführung der funktionsfähigen Vorrichtung dar, aus der auch die bevorzugte Gestaltung einer Stellvorrichtung für die Gleiter (1-8) hervorgeht:
eine Scheibe (13) trägt senkrecht angebrachte Lamellen (14) in einer Breite, die ihre Einführung in jeweils einen Schlitz der Scheibe (9) erlauben.

Die Lamellen-Grundplatte (13) ist an einem auf der Achse der Anordnung verschiebbaren Teil (16) angebracht und die verjüngten Enden der Lamellen sind nach dem Durchtritt durch die Scheibe (9) in einem ebenfalls verschiebbaren Teil (15) zusammengeführt.

Ein Ring (12) faßt die Einzelsegmente der geschlitzten Scheibe (9) zusammen. Die gesamte Lamellenplatte (Teile 13, 14, 15, 16) läßt sich also durch die Schlitze (10) in die Platte (9) eintauchen oder herausziehen.

Dabei drückt jede Lamelle "ihren" Gleiter, hier die gegenüberliegenden Gleiter (6) und (2), radial im Schlitz (10) nach außen oder zieht ihn bei gegenläufiger Bewegung nach innen.

Wie aus Fig. 1 zu entnehmen ist, würden im gezeigten Beispiel die Gleiter (1), (7) und (8) radial durch die Fliehkraft nach außen gedrückt und bei weiterer Drehung der Scheibe (9) in unerwünschter Weise den Riemen (11) treffen. Durch eine Haltenut in jeder Lamelle und einem korrespondierenden Ausschnitt in jedem Gleiter wird das verhindert. Alle Gleiter behalten ihre Lage stets bei, egal, ob sie vom Treibriemen belastet sind oder nicht.

Alle in Fig. 4 gezeigten Bestandteile der Vorrichtung rotieren mit der gemeinsamen Achse. Die Reibung der Teile auf der Achse ist nur für den Verstellvorgang, nicht jedoch für die Kraftübertragung von Bedeutung.

Für die erfindungsgemäße Funktion der Vorrichtung ist es belanglos, welche Teilvorrichtung in axialer Richtung beweglich ist: soll der Treibriemen seine Position beibehalten, so wird zweckmäßigerweise die Lamellenscheibe (13) bis (17) verschoben.

Soll der Riemen (11) in axialer Richtung beweglich sein, um z. B. mit einer gleichartigen Vorrichtung entgegenwirkend zusammenzuarbeiten, so bietet sich die axiale Beweglichkeit der Scheibe (9) an.

Fig. 6 verdeutlicht noch einmal perspektivisch die grundsätzliche Zuordnung der geschlitzten Scheibe (Ring (12) weggelassen), der Lamellenplatte und eines Gleiters. In diesem Bild wurde die Haltenut als Schwalbenschwanz-Nut ausgeführt.

Als Material für die Gleiter bieten sich gut gleitfähige Kunststoffe wie Nylon, Polypropylen oder Teflon-Materialien an.

Die mechanische Beanspruchung der Gleiter ist relativ gering, da sie in jeder Richtung gestützt sind und nur sehr geringe Hebelkräfte an ihnen auftreten.

Fig. 7 bis Fig. 9 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines in weiten Grenzen variablen Getriebes.

Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung

Gegenüber dem bekannten Stand der Technik weist das erfindungsgemäße "stufenlose Getriebe" folgende hauptsächlichen Vorteile auf:

• 1. Die Basisausführung nach Fig. 4-Fig. 5 erlaubt mit nur drei beweglichen Bauelementen bereits einen Verstellbereich von ca. 1 : 4, der sich konstruktiv leicht erhöhen läßt.
• 2. Die Vorrichtung läßt beliebige Riemen-Arten zu und ist damit problemlos für unterschiedliche Anwendungen auszulegen.
• 3. Die gesamte Vorrichtung nach Fig. 4 bzw. Fig. 5 verhält sich wie eine übliche Riemenscheibe. Es treten nur die bekannten Verluste eines gut ausgelegten Riementriebs auf, da alle Teile an der Rotation der Achse beteiligt sind.
• 4. In einer der möglichen erfindungsgemäßen Anordnungen nach Fig. 7-Fig. 9 lassen sich ungewöhnlich hohe Verstellbereiche erzielen. Bereits mit relativ kleinen Lamellenkörpern sind Drehzahländerungen von 1 : 6 bis 1 : 10 problemlos erreichbar.
• 5. In der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 7-Fig. 9 bleibt die Länge und Lage des Riemens (11) bei allen Einstellungen konstant.
• 6. In der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 7-Fig. 9 ist zur Änderung des Stellzustandes praktisch keine Kraft aufzuwenden, da die Nachgebe- bzw. Spannbewegung in idealer Weise komplementär ist. Somit ist die Verstellung des "stufenlosen Getriebes" leicht über einen mechanischen Zug oder sogar einen kleinen Elektromotor durchzuführen.
• 7. Tastet man die am Antrieb aufgewendete Kraft mit einem Kraftsensor ab und sorgt für einen Sollwert/Istwert-Vergleich mit einer vorgegebenen Größe, so kann durch eine entsprechende Korrektur des Getriebe-Verhältnisses an den beweglichen Getriebeteilen dafür gesorgt werden, daß die gewählte Antriebs-Kraft unter allen Lastbedingungen konstant bleibt.
• 8. Analog zu 7. kann auch eine Soll-Geschwindigkeit des Antriebsrades mit einem Geschwindigkeits-Sensor und einer Regelung auf das Getriebeverhältnis erreicht werden.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur stufenlosen Veränderung der Umdrehungszahl zwischen zwei auf Achsen sitzenden Riemenscheiben, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Riemenscheiben durch eine auf einer Achse sitzenden Scheibe gebildet wird, die radial verlaufende Schlitze aufweist, in denen sich gleitende oder rollende Elemente identischer Bauart befinden, welche durch eine Stellvorrichtung strahlenförmig zwischen einem inneren Endpunkt nahe der Achse und dem jeweiligen Ende des Schlitzes nahe der Peripherie der Scheibe bewegbar sind, zu dem Zwecke, daß ein durch diese verschiebbaren Körper geführter Riemen einen variablen Durchmesser seiner Laufbahn an dieser simulierten Riemenscheibe vorfindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schlitze auch in einem konischen oder gewölbten Hohlkörper oder einem derartigen Vollkörper statt in einer ebenen Scheibe befinden können.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Stellvorrichtung bevorzugt aus einer auf der gemeinsamen Achse mitlaufenden Scheibe mit senkrecht darauf angebrachten Lamellen besteht, die an der zu den verschiebbaren Körpern weisenden Seite abfallend ausgebildet sind und daß sich diese Stellvorrichtung axial auf der Achse verschieben läßt, um dabei mit jeder der Lamellen in einen zugeordneten Schlitz des radial geschlitzten Gegenstücks einzutauchen.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Veränderung der Einstecktiefe der Stellvorrichtung in das geschlitzte Gegenstück alle verschiebbaren Körper radial bewegt werden und somit eine Riemenscheibe simuliert wird, deren aktueller Durchmesser von der radialen Position der verschiebbaren Körper bestimmt wird.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Körper axial eine feste Position innehaben kann, um der Vorrichtung eine Antriebskraft zuzuführen, welche die beiden auf der gemeinsamen Achse sitzenden Körper in Drehung versetzt.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbaren Körper mit einer Haltenut versehen sind, in die eine entsprechend geformte Kante der jeweils zugeordneten Lamelle eingreift, um unerwünschte Bewegungen dieser Körper durch Zentrifugalkräfte zu verhindern.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß je nach technischen Erwägungen das geschlitzte Bauelement oder die Stellvorrichtung oder beide axial beweglich sein können.

8. Erweiterte Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei identische derartige Vorrichtungen so miteinander kombiniert werden können, daß jede auf einer eigenen Achse sitzt und zwischen den sich ergebenden zwei simulierten Riemenscheiben ein Übertragungsmedium, bevorzugt in Form eines Riemens, eine Verbindung herstellt, welche die auf das Körperpaar auf der ersten Achse wirkende Antriebskraft an das Körperpaar auf der zweiten Achse weitergibt, welches seinerseits die resultierende Abtriebskraft weitergeben kann.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf den beiden Achsen sowohl die beiden geschlitzten Körper und die Stellvorrichtungen gegenüberstehen können als auch, daß sich jeweils ein geschlitzter Körper auf einer Achse und eine Stellvorrichtung auf der anderen Achse gegenüberstehen können.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils auf einer Achse befindliche bewegliche Körper gleichmäßig verstellt werden kann, so daß bei der Einwirkung einer Verstellkraft auf den beweglichen Körper auf einer Achse sich eine resultierende Verstellkraft auf den beweglichen Körper auf der anderen Achse ergibt, die den Wirkdurchmesser der beiden simulierten Riemenscheiben gegenläufig beeinflußt und als Ergebnis eine konstante Länge des verbindenden Treibmediums erzielt.