DE4403747A1

DE4403747A1 - Continuously variable drive gear for e.g. motor vehicle

Info

Publication number: DE4403747A1
Application number: DE19944403747
Authority: DE
Inventors: Waldemar Dukart
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-02-07
Filing date: 1994-02-07
Publication date: 1995-08-10

Abstract

The continuously variable gear has a shaft (5) connecting a belt gear (4) with a two-stage planetary gearbox (6). The belt gear has an endless resilient metal belt (1) running on two conical pulleys mounted one on a drive shaft (2) and one on a driven shaft (3). The driven shaft is coupled to the connecting shaft (5). The belt consists of several layers of independently working metal bands. The use of the two-stage planetary gearbox in combination with the continuously variable gear allows the latter to have a small gear ratio.

Description

Die Erfindung betrifft stufenlose Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to continuously variable transmissions according to the Preamble of claim 1.

Stufenlose Getriebe sind üblicherweise mit mechanischen Mitteln zur stufenlosen Übersetzung ausgestattet, insbesondere werden hierzu Umschlingungsgetriebe benützt. Trotz dieser Marktdurchsetzung und eines Wandlungsbereichs, der gleich oder größer ist als 5 und damit den üblichen Anforderungen genügt, können Zahnradstufengetriebe durch Umschlingungsgetriebe auf Grund der Zugschwäche ihrer Zugmittel nicht ersetzt werden.Continuously variable transmissions are usually mechanical Continuous translation means equipped, in particular belt drives are used for this. Despite this Market penetration and an area of change that is the same or is greater than 5 and thus meets the usual requirements, can gear wheel transmissions on by belt transmission Due to the weakness of their traction means cannot be replaced.

Bekannte Zugmittel weisen Nachteile auf, die die Verbreitung stufenloser Getriebe behindern. Auch verschiedene Verbesserungen haben diese Lage nicht grundsätzlich geändert.Known traction devices have disadvantages that spread stepless transmission hinder. Different too Improvements have not fundamentally changed this situation.

Zugmittel aus Keilriemen können keine großen Leistungen über tragen und haben nur kurze Lebensdauer. Stufenlose Getriebe mit Ketten sind teuer in der Herstellung und haben ebenfalls nur kurze Lebensdauer. Zugmittel nach dem "van Doorne" Prinzip können größere Leistungen übertragen, haben aber einen kleinen Wirkungsgrad bei großen Übersetzungszahlen. Ketten und Zugmittel nach dem "van Doorne" Prinzip sind aus Stahl gefertigt und übertragen Kräfte durch Linienkontakt, wodurch die Leistungs übertragung beschränkt ist.V-belt traction devices cannot perform well wear and have a short lifespan. Continuously variable transmission with chains are expensive to manufacture and also have only short lifespan. Traction device according to the "van Doorne" principle can transmit larger powers, but have a small one Efficiency with large translation numbers. Chains and traction devices according to the "van Doorne" principle are made of steel and transmit forces through line contact, reducing performance transmission is limited.

Bekannt aus DE-AS 12 28 884 oder DE-PS 19 47 891 ist ein Zugmittel, das endlose, schichtweise angeordnete Metallbänder enthält, die mit ihren Flanken auf Kegelscheiben laufen und dabei Leistung übertragen. Ein derartiges Zugmittel weist hohe Wirkungsgrade auf und kann auf Grund seines flächigen Kontakts hohe Leistungen übertragen, wobei aber das Zugmittel auf ein Übersetzungsverhältnis i in der Nähe von i=1 beschränkt ist. Known from DE-AS 12 28 884 or DE-PS 19 47 891 is a Traction device, the endless, metal strips arranged in layers contains, which run with their flanks on conical pulleys and transfer power. Such traction means high efficiency and can due to its flat Contact high performance transferred, but with the traction to a transmission ratio i in the vicinity of i = 1 is limited.

Jedes der schichtweise angeordneten Metallbänder hat einen eigenen Umlaufradius und eine entsprechende Geschwindigkeit. Sind die Umlaufradien der Kegeltrommeln der Antriebs- und Abtriebswellen gleich, und damit das Übersetzungsverhältnis i=1, gleiten die Metallbänder auf den Kegeltrommeln nicht. Wird das Übersetzungsverhältnis i#1, sind die Umlaufradien unterschiedlich und die Metallbänder gleiten relativ zu den Kegeltrommeln. Das obenliegende Metallband läuft nach und das untenliegende Metallband läuft entgegen der Drehrichtung. Zwischen den Metallbändern liegt ein neutrales Metallband, das relativ zu den Kegeltrommeln nicht gleitet.Each of the metal strips arranged in layers has one own radius of rotation and a corresponding speed. Are the orbital radii of the cone drums of the drive and Output shafts the same, and thus the gear ratio i = 1, the metal bands do not slide on the cone drums. If the gear ratio is i # 1, the orbital radii are different and the metal strips slide relative to the Cone drums. The overhead metal belt runs on and that the metal strip below runs counter to the direction of rotation. Between the metal bands is a neutral metal band, the does not slide relative to the cone drums.

In Fig. 1 sind schichtweise angeordnete Metallbänder eines herkömmlichen Umschlingungsgetriebes schematisch dargestellt.In Fig. 1 layered metal strips of a conventional belt transmission are shown schematically.

Mit 1 _ob ist ein Metallband mit großem Umlaufradius, mit 1 _neu ein Metallband mit einem gleitfreien Umlaufradius und mit 1 _unt ein Metallband mit kleinem Umlaufradius bezeichnet. Der Abstand von dem Metallband 1 _neu ist mit h bezeichnet. Mit α ist ein Drehwinkel und mit i=r_a/r_b ein Übersetzungsverhältnis angege ben. Einfachheitshalber wird angenommen, daß die Metallbänder nur auf einer Abtriebstrommel 3 (s. Fig. 2) gleiten. Schlupf Δ1 errechnet sich aus der Formel Δ1=α×h×(1-i) und Wirkungsgrad η aus dem Schlupf für die Metallbänder insgesamt mit η=1-d/4r×(1-i), wobei r der Umlaufradius für das Metallband 1 _neu und d die Dicke des Pakets aus Metallbändern ist. 1 _ob denotes a metal band with a large circumferential radius, 1 _new denotes a metal band with a non-sliding circumferential radius and 1 _und a metal band with a small circumferential radius. The distance from the metal strip 1 is _new with h. Α is a rotation angle and i = r _a / r _{b is} a gear ratio. For the sake of simplicity, it is assumed that the metal strips only slide on an output drum 3 (see FIG. 2). Slip Δ1 is calculated from the formula Δ1 = α × h × (1-i) and efficiency η from the slip for the metal strips as a whole with η = 1-d / 4r × (1-i), where r is the circumferential radius for the metal strip 1 _new and d is the thickness of the package of metal strips.

Die entsprechenden Parameter für Pkw-Getriebe in die o.g. For meln eingesetzt, ergibt zu hohen Schlupf, der zu hydrodynami scher Schmierung führt, die die Reibung zwischen Metallbändern und Kegeltrommeln drastisch verringert. Der Wirkungsgrad der Umschlingungsgetriebe ist auch ohne hydrodynamische Schmierung schlecht.The corresponding parameters for car transmissions in the above For used, results in high slip, which leads to hydrodynami shear lubrication, which causes friction between metal strips and cone drums drastically reduced. The efficiency of the Belt transmission is also without hydrodynamic lubrication bad.

Aus dem oben gesagten folgt, daß diese bekannten Zugmittel in Umschlingungsgetrieben mit den herkömmlichen Übersetzungen nicht verwendet werden können.It follows from the above that these known traction means in Belt drives with conventional translations cannot be used.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, stufenlose Getriebe mit Zugmitteln zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Zugmittel nicht aufweisen.The object of the invention is continuously variable transmission to create with traction devices that have the disadvantages of the known Do not have traction devices.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung mit stufen losen Getrieben mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The object is achieved in stages according to the invention loose gears with the features of claim 1.

Gemäß der Erfindung kann das Übersetzungsverhältnis von Umschlingungsgetrieben verkleinert, damit die Nachteile von Zugmitteln aus Metallbändern beseitigt und deren Vorteile in stufenlosen Getrieben genützt werden. Die Verwendung von Planetengetrieben bietet für die Automatisierung von Schalt vorgängen wesentliche Vorteile. Berechnungen für Zugmittel und Getriebe weisen nach, daß für übliche Wandlungsbereiche herkömmlicher Getriebe das Zugmittel aus Metallbändern vorteilhaft eingesetzt werden kann.According to the invention, the gear ratio of Belt drives reduced, so the disadvantages of Traction means removed from metal strips and their advantages in stepless gears are used. The usage of Planetary gear offers for the automation of switching essential advantages. Calculations for traction devices and Gearboxes demonstrate that for common areas of change conventional gear the traction device made of metal strips can be used advantageously.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt. Es zeigen:The invention is based on a Embodiment shown. Show it:

Fig. 2 ein stufenloses Getriebe aus Umschlingungsgetriebe und Planetengetriebe, Fig. 2, a continuously variable transmission of belt-and planetary gear,

Fig. 3, 4 Übersetzungsverhältnis-Diagramme. Fig. 3, 4 ratio diagrams.

Fig. 2: Metallbänder 1, eine Antriebswelle 2 und eine Abtriebswelle 3 bilden ein Umschlingungsgetriebe 4 mit kleinem stufenlosen Übersetzungsverhältnis i. Eine Welle 5 verbindet die Abtriebswelle 3 mit einem zweistufigen Planetengetriebe 6. Fig. 2: metal strips 1 , an input shaft 2 and an output shaft 3 form a belt transmission 4 with a small stepless transmission ratio i. A shaft 5 connects the output shaft 3 to a two-stage planetary gear 6 .

In einem ersten Übersetzungsverhältnis i_pl1 ist ein Hohlrad 7 des Planetengetriebes 6 gebremst. In einem zweiten Über setzungsverhältnis i_pl2=1 ist das Hohlrad 7 frei und die Welle 5 ist mit einer Stegwelle 8 des Planetengetriebes 6 gekuppelt.A ring gear 7 of the planetary gear 6 is braked in a first transmission ratio i _pl1 . In a second transmission ratio i _pl2 = 1, the ring gear 7 is free and the shaft 5 is coupled to a web shaft 8 of the planetary gear 6 .

Das Übersetzungsverhältnis i_pl des Planetengetriebes 6 kann innerhalb des im kleinem Bereich nach oben und unten variablen Übersetzungsverhältnis i des Umschlingungsgetriebes 4 liegen. The transmission ratio i _{pl of} the planetary gear 6 can lie within the transmission ratio i of the belt transmission 4 which is variable up and down in the small range.

Werden die Übersetzungsverhältnisse i_pl des Planetengetriebes 6 so ausgewählt, daß sie an das Übersetzungsverhältnis i des Umschlingungsgetriebes 4 anschließen, kann ein vergrößertes, insgesamt stufenloses Übersetzungsverhältnis erreicht werden.If the gear ratios i _{pl of} the planetary gear 6 are selected such that they connect to the gear ratio i of the belt transmission 4 , an enlarged, overall stepless gear ratio can be achieved.

Fig. 3: i_pl2=1 und i_pl1 sind die Übersetzungsverhältnisse des zweistufigen Planetengetriebes 6 und i gibt das Übersetzungs verhältnis des Umschlingungsgetriebes 4 an. Ist das zweistufi ge Planetengetriebe 6 im zweiten Übersetzungsverhältnis i_pl2 mit freiem Hohlrad 7 und Welle 5 mit Stegwelle 8 des Planeten getriebes 6 gekuppelt, liegt das Übersetzungsverhältnis des stufenlosen Getriebes zwischen den Punkten 1/i und i. Ist das zweistufige Planetengetriebe 6 im ersten Übersetzungsverhält nis i_pl1 mit gebremstem Hohlrad 7 und ist Welle 5 von der Stegwelle 8 des Planetengetriebes 6 getrennt, liegt das Übersetzungsverhältnis des stufenlosen Getriebes zwischen den Punkten i_pl/i und i_pl×i. i=i_pl/i ist der Berührungspunkt für die Übersetzungsverhältnisse. Es ergeben sich insgesamt stufenlos Übersetzungsverhältnisse von 1/i bis i_pl×i. Fig. 3: i _pl2 = 1 and i _pl1 are the gear ratios of the two-stage planetary gear 6 and i indicates the gear ratio of the belt transmission 4 . Is the zweistufi ge planetary gear 6 in the second gear ratio i _pl2 with free ring gear 7 and the transmission shaft 5 coupled with carrier shaft 8 of the planetary 6, the gear ratio of the continuously variable transmission is located between the points 1 / i and i. If the two-stage planetary gear 6 in the first transmission ratio i _pl1 with a braked ring gear 7 and shaft 5 is separated from the land shaft 8 of the planetary gear 6 , the transmission ratio of the continuously variable transmission is between the points i _pl / i and i _pl × i. i = i _pl / i is the point of contact for the gear ratios. Overall, there are continuously variable transmission ratios from 1 / i to i _pl × i.

Die Übersetzung des stufenlosen Getriebes ergibt sich zu:The translation of the continuously variable transmission results in:

i_Get=i_pl×i/(1/i)=i_pl×i².i _Get = i _pl × i / (1 / i) = i _pl × i².

Voraussetzung für die Berührung ist ii_pl/i. Ist i_pli² folgt für die gesamte Übersetzung: i_Geti⁴.The requirement for the touch is ii _pl / i. If i _pl i² for the entire translation follows: i _Get i⁴.

Wenn der Übersetzungsbereich nicht ausreicht, kann die Zahl der Stufen der Planetengetriebe 6 oder die Anzahl der Umschlingungsgetriebe 4 erhöht werden.If the transmission range is insufficient, the number of stages of the planetary gear 6 or the number of belt transmissions 4 can be increased.

Fig. 4 gibt den Übersetzungsbereich eines mehrstufigen Getrie bes anhand eines Diagramms wieder. Der gesamte Übersetzungs bereich ergibt sich zu i_Geti^nx2, wobei n die Zahl der Stufen des Getriebes wiedergibt. Fig. 4 shows the translation range of a multi-stage gearbox using a diagram again. The entire transmission range is i _Get i ^nx2 , where n represents the number of gear stages.

Mit den erfindungsgemäßen Getrieben kann ein größerer stufen loser Übersetzungsbereich als mit den nach dem genannten Stand der Technik bekannten Getrieben erreicht werden.With the gears according to the invention, a larger step can be made loose translation range than with the according to the mentioned status known transmissions can be achieved.

Claims

1. Continuously variable transmission consisting of continuously variable belt and gear stage transmissions, the traction means of the belt transmission consisting of several layered, independently acting metal strips, the flanks of which run to transmit torque on conical pulleys, characterized in that traction means ( 1 ) of a belt transmission ( 4 ) consist of elastic, endless metal strips, which are arranged in layers and run with their flanks on the conical disks to transmit power.

2. Continuously variable transmission according to claim 1, characterized in that the conversion area of the belt transmission ( 4 ) to protect the traction means ( 1 ) from metal strips is small.