DE4329441A1 - Stufenlos verstellbares Getriebe mit formschlüssiger Momentenübertragung - Google Patents

Description

Zur Übertragung von Momenten z. B. in einem Antriebsstrang werden Getriebe benötigt, die eine Anpassung der Drehzahlen durch ein jeweils gewünschtes bestimmtes Übersetzungsverhältnis erlauben. In den meisten Fällen ist dabei ein einziges Übersetzungsverhältnis für alle Betriebszustände des Antriebes nicht optimal, so daß auf ein stufenweise schaltbares Getriebe zurückgegrif­ fen wird, das verschiedene Übersetzungen ermöglicht. Hierdurch ergibt sich eine verbesserte, jedoch noch keine optimale Anpassung an den Bedarf und überdies die Problematik des Schaltvorganges mit Zugkraftunterbrechung, einer notwendigen Synchronisation der Zahnräder beim Gangwechsel und ein aufwendiges Kupplungssystem.

Ideal wäre eine stufenlose Anpassung der jeweiligen Übersetzung während des Betriebes und ohne Zugkraftunterbrechung. Solche stufenlosen Getriebe sind im Prinzip dem Stand der Technik entsprechend bekannt als sog. P.I.V. oder CVT Getriebe. Alle diese Getriebe basieren auf einer Kraftübertragung, die verschiedene Laufradien der in Verbindung stehenden Räder erlaubt und somit das Übersetzungsverhältnis variabel macht. Um nach diesem Prinzip die Übersetzung zu verstellen, muß die Veränderung der Laufradien stetig und übergangslos sein, was prinzipbedingt auf Grund geometrischer Überlegungen zur Folge hat, daß die im Eingriff befindlichen Räder keine formschlüssige Verbindung haben können, da eine solche die Radialbewegung blockieren würde und somit beruhen alle diese Getriebe auf Reibschluß in Form von Keilriemen, Flachriemen, Keibrädern und -scheiben etc. mit den bekannten Nachteilen wie Schlupf, Verschleiß, Bildung von Einlaufriefen, Erfordernis ho­ her Anpress- und Verstellkräfte sowie relativ schlechte Gesamtwirkungsgrade.

Eine Alternative zeigt die P 43 17 478.7 auf, wo ein formschlüssiges Getriebe als Zugmittelgetriebe beschrieben wird und die Räder in ihrem Durchmesser verändert werden durch sog. Satellitenräder, d. h. Kettenräder kleineren Durchmessers, die in radial verschieblichen Positionen auf dem Umfang eines so gebildeten Zahnrades liegen.

Die ebenfalls in der P 43 17 478.7 und den dort zitierten Patentschriften be­ schriebene Problematik, einerseits eine freie Drehung der Satelliten zuzulas­ sen (während des Verstellens und zum Ausgleich des Einlauffehlers in allen Radialpositionen die nicht ein ganzzahliges Vielfaches der Kettenteilung sind) andererseits die Drehung der Satelliten zumindest in einer Richtung zu blockieren, um überhaupt ein Drehmoment übertragen zu können, wird in dieser und den zitierten Schriften durch Freiläufe, Schaltfreiläufe, Synchroneinrich­ tungen etc. gelöst.

Die hier vorzustellende Erfindung zeigt einen anderen Weg auf, der eine Viel­ zahl von Vorteilen aufweist und bei der das zyklische Einlaufproblem der Sa­ telliten entfällt. Die umlaufenden Satellitenräder sind dabei auf einer Scheibe so angeordnet, daß sie einzeln verschiedene radiale Positionen annehmen können, also nicht synchron alle gleich und gleichzeitig auf den selben Radius eingestellt werden.

Stattdessen nehmen die Satelliten zyklisch bei einer jeden Umdrehung ver­ schiedene Radialpositionen ein, so daß die insgesamt auf dem Umkreis eines antreibenden Zahnrades oder einer Ketten- oder sonstiger Zugmittelumschlin­ gung ablaufen, andererseits aber auf einer Scheibe angeordnet sind, die auch exzentrische Positionen zu dem genannten Umkreis einnehmen kann.

Sind nun die Satelliten bezgl. der Rotation um ihre eigene Achse auf Freiläu­ fen gelagert, so wird in allen exzentrischen Achspositionen der Satellit 1 die gesamte Last übertragen, der sich am nächsten an der kürzesten Radialposi­ tion befindet und alle anderen Satelliten werden zu einer Umfangsgeschwin­ digkeit vom Satellit 1 angetrieben werden, die größer ist als die Umfangsge­ schwindigkeit des antreibenden Rades, d. h. daß die Satelliten sich in Freilauf­ richtung zusätzlich um ihre eigene Achse drehen müssen, um im verzahnten Eingriff zu bleiben.

Die Satellitenräder sind also in dieser Ausführung dauernd im Eingriff mit dem antreibenden Rad bzw. bei einem Zugmittelgetriebe mit einem Führungsrad oder einer Führungskette, so daß die bekannte Problematik der Synchronisa­ tion nach dem Einlaufen aus dem Leerbogen entfällt. In einem Umlauf befin­ det sich jeder Satellit somit solange in blockierter Stellung des Freilaufes, wie er sich im Lastbogen befindet, d. h. als der Satellit mit dem kürzesten Ra­ dius auf seiner Führungsscheibe und sobald dieser sich so weit radial entfernt hat, daß der folgende nächste Satellit näher am Mittelpunkt der Führungs­ scheiben ankommt, wird er relativ schneller als die Umfangsgeschwindigkeit des antreibenden Rades, so daß er sich zusätzlich zur Drehung des Scheibe um seine eigene Achse in Freilaufrichtung drehen muß, um in der Verzah­ nung zu bleiben.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Geometrie der Radialbewegung so gewählt, daß der Lastübergang vom Freilauf zum Arretieren möglichst weich abläuft, d. h. daß beim Einkuppeln des Freilaufes die Eigendrehzahl des Satelliten möglichst gering ist.

Um die durch die Radialbewegung unvermeidliche Unwucht der angetriebe­ nen Scheibe zu minimieren, ist in einer bevorzugten Ausführungsform die Radialbewegung mit evtl. gegenläufigen Ausgleichmassen kompensiert.

In einer weiteren Ausführung ist die Radialbewegung durch eine Rotation ei­ ner geeigneten Kurbel so geführt, daß ein Verkanten oder Verklemmen in der Gleitbewegung vermieden wird.

Fig. 1 zeigt die angetriebene Scheibe 10 mit den Satelliten 100 in einer kon­ zentrischen Position mit dem Antriebsrad 110, was einem Übersetzungsver­ hältnis von 1 : 1 entsprechen würde.

In Fig. 2 sind die Satelliten in den Schlitzen der Scheibe asymmetrisch ange­ ordnet, so daß eine Exzentrizität zwischen Antrieb und Abtrieb entsteht, die einem Übersetzungsverhältnis von ca. 1 : 2,5 entspricht.

Die Regelung der Übersetzung, erfolgt vorzugsweise durch eine Verstellung der Exzentrizität, wobei der Satelliteneingriff mit dem Antriebsrad durch Feder­ kraft oder durch eine formschlüssige Führung erfolgt.

Claims (5)

1. Stufenlos verstellbares, formschlüssiges Getriebe, bestehend aus minde­ stens einer Scheibe, die Zahnräder kleineren Durchmessers (Satelliten) trägt, die unabhängig oder verschieden radial verschiebbar angeordnet sind und sich im Eingriff befinden mit einem geeigneten Gegenstück, das aus ei­ nem beleibig verzahnten Zahnrad, einem innenverzahnten Hohlrad oder auch einem formschlüssigen Zugmittel gebildet wird, dadurch gekennzeich­ net, daß die Satelliten über Freiläufe in einer Richtung um ihre eigene Achse rotieren können, in der Gegenrichtung jedoch blockiert sind, der Eingriff mit dem Gegenstück federbelastet oder geometrisch formschlüssig in jeder Posi­ tion gewährleistet ist und die Achse der Scheibe exzentrisch zur Achse des Gegenstückes verschoben werden kann, so daß sich in Abhängigkeit von der Exzentrizität unterschiedliche Drehzahl- und Momentenverhältnisse zwi­ schen der Scheibe und dem Gegenstück ergeben.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Satelliten auf der Scheibe bei exzentrischer Anordnung der Achsen durch eine geeignete Geometrie nichtlinear und so ist, daß die Lastübergabe vom tragenden zum nächsten tragenden Satelliten möglichst fließend erfolgt.

3. Getriebe nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß Ausgleichsmassen die durch die zyklische Radialbewegung der Satelli­ ten entstehende Unwucht neutralisieren bzw. abschwächen.

4. Getriebe nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialbewegung der Satelliten auf Kurbeln rotatorisch und nicht translatorisch in Schlitzen erfolgt.

5. Getriebe nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der beiden kraftübertragenden Räder einen Z-förmigen Versatz der Achse aufweist, so daß eine Drehung um die eigene Achse die Exzentrizität verändert, ohne die Achsmitten zu verschieben.