DE4439993C2 - Stufenloses Getriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein stufenloses Getriebe, das im Kraftübertragungssystem verschiedener Kraftfahrzeughilfsmaschinen verwendet wird, die zum Beispiel von einem Verbrennungsmotor an getrieben werden.

Neu Kraftfahrzeuge sind mit einer Anzahl von Hilfsmaschinen ausgerüstet, wie Hydraulikpumpen zur Versorgung einer Servolenkung und/oder eines automa­ tischen Getriebes mit Hydrauliköl, Batterielademaschinen und Kompressoren für Klimaanlagen. Viele dieser Hilfsmaschinen werden durch die vom Motor erzeugte Kraft angetrieben, die zum Beispiel durch einen Riemen über eine am Ende einer Kurbelwelle befestigte Riemenscheibe übertragen wird.

Falls eine solche Hilfsmaschine durch direkte Übertragung der Drehkraft des Motors angetrieben wird, entsteht ein beträchtlicher Leistungsverlust, wenn der Motor mit hoher Drehzahl läuft. Falls die Spezifikationen der Hilfsmaschine mit dem Ziel der Minimierung des Leistungsverlustes festgelegt werden, taucht ande­ rerseits das Problem auf, daß die Hilfsmaschine nicht mit genügender Leistung arbeiten kann, wenn der Motor mit niedriger Drehzahl läuft. Daher hat man im Stand der Technik einen Aufbau verwendet, bei dem an einer vor der Hilfs­ maschine liegenden Stelle des Kraftübertragungssystems ein Getriebe zwischen­ geschaltet ist, wobei das Untersetzungsverhältnis des Getriebes entsprechend der Antriebsdrehzahl vom Motor her eingestellt wird. Wenn die Antriebsdrehzahl niedrig ist, wird die Antriebskraft direkt an die Hilfsmaschine übertragen. Wenn die Antriebsdrehzahl hoch ist, wird eine Drehzahlverringerung mit einem bestimmten Untersetzungsverhältnis durchgeführt, bevor die Drehzahl an die Hilfs­ maschine übertragen wird, wodurch das oben beschriebene Problem gelöst wird.

Als Getriebe hat man weithin Getriebe verwendet, die die Drehzahl stufenlos ändern können. Dies dient dazu, durch die Änderungen des Untersetzungsver­ hältnisses verursachte plötzliche Änderungen der Motorlast und eine Verschlech­ terung der Fahrstabilität zu vermeiden. Die Änderung des Untersetzungsverhält­ nisses des Getriebes wird im allgemeinen durchgeführt, indem die Antriebsdreh­ zahl des Motors gemessen und ein Drehzahlregler entsprechend der gemessenen Drehzahl betätigt wird. Jedoch führt ein solcher Aufbau zu einem komplizierten und großformatigen Gesamtaufbau des Getriebes, und daher ist es schwierig, einen Einbauplatz im Kraftübertragungssystem zu bekommen, und ist es wahr­ scheinlich, aufgrund von äußeren Störungen Fehlfunktionen zu verursachen.

Die obige Erörterung bedeutet, daß ein bevorzugter Aufbau für ein im Kraftüber­ tragungssystem von Kraftfahrzeughilfsmaschinen verwendetes Getriebe imstande sein sollte, das Übersetzungsverhältnis unter Verwendung von einfachen mechani­ schen Mitteln entsprechend der Antriebsdrehzahl stufenlos zu ändern. Stufenlose Getriebe, die dieses Ziel verwirklichen, sind in den JP-OSen 63-82876 (1988) und 61-228155 (1986) und der US 4738164 beschrieben.

Das in der JP-OS 63-82876 (1988) beschriebene stufenlose Getriebe war zur Verwendung bei einer Hydraulikpumpe zur Versorgung einer Servolenkung mit Hydrauliköl gedacht. Eine durch die Motorkraft angetriebene Antriebswelle und eine die Hydraulikpumpe antreibende Abtriebswelle sind über eine Verstell­ riemenscheibe miteinander verbunden, welche das Untersetzungsverhältnis durch Änderung ihres Wirkdurchmessers ändert. Auf der Außenseite einer Hälfte eines Kegelkörpers auf der Abtriebswelle, der die Verstellriemenscheibe bildet, ist eine Stahlkugel angeordnet. Die Stahlkugel bewegt sich unter der Wirkung durch die Drehung der Abtriebswelle erzeugten Zentrifugalkraft in der Radialrichtung nach außen und drückt dadurch den Halbkörper nach innen, und zwar so, daß er sich der anderen Hälfte nähert.

Da der Wirkdurchmesser der Verstellriemenscheibe auf der Abtriebswellenseite zunimmt, wenn sich die beiden Halbkörper entsprechend der Bewegung der Stahl­ kugel einander nähern, und die Bewegung der Stahlkugel durch eine Zunahme der Drehzahl der Abtriebswelle bewirkt wird, wird bei diesem Aufbau das Unter­ setzungsverhältnis von der Antriebswelle zur Abtriebswelle stufenlos geändert, wenn die Drehzahl der Abtriebswelle zunimmt.

Die in der JP-OS 61-228155 (1986) und der US 4738164 beschriebenen stufenlosen Getriebe sind prinzipiell stufenlose Getriebe vom Ringkegeltyp, bei denen eine Antriebsscheibe, die die Motorkraft empfängt, und eine Abtriebsscheibe auf der Abtriebsseite zur Hilfmaschine hin mit einer Vielzahl von Planetenkegeln in Rollkontakt stehen, die in der Umfangsrichtung zwischen beiden Scheiben liegen. Es gibt einen Drehzahländerungsring, der mit allen Planeten kegeln auf ihren zu den Mittelachsen der Antriebsscheibe und der Abtriebsscheibe parallelen Kegel­ erzeugungslinien in Rollkontakt steht, so daß die Positionen des Rollkontakts mit den Planetenkegeln durch die Bewegung des Drehzahländerungsrings in der Axialrichtung geändert werden, wodurch das Untersetzungsverhältnis von der Antriebsscheibe zur Abtriebsscheibe stufenlos geändert wird. Die stufenlosen Getriebe weisen ferner ein Zentrifugalantriebsrad, das auf dem Umfang eines bestimmten Kreises drehbar ist, dessen Mitte auf der Achse des Zentrifugal­ antriebsrades liegt, und ein ringförmiges Nockenelement auf, das ein Innenrad aufweist, das mit dem Außenrad des Zentrifugalantriebsrades in Eingriff steht, wobei ein vom Drehzahländerungsring vorstehender Rollenkeil mit der Nocken­ fläche des Nockenelements in Rollkontakt gebracht wird.

Wenn sich in diesem Aufbau das Zentrifugalantriebsrad um die Drehachse dreht, dreht sich das Nockenelement, das über das Innenrad damit in Eingriff steht, um über den Rollenkeil den Drehzahländerungsring anzutreiben, und bewegt sich in der Axialrichtung, um dadurch die Drehzahl zu ändern. Das Zentrifugalantriebs­ rad weist einen Gewichtsteil auf, der sich exzentrisch an einer Stelle in der Umfangsrichtung mit einem Versatz von der Drehachse befindet, und wird durch die Zentrifugalkraft, die entsprechend der Drehung auf dem Kreis wirkt, worauf es montiert ist, zur Drehung um die Drehachse herum angetrieben, so daß sich der Gewichtsteil in der Radialrichtung auf der Außenseite befindet. Somit wird das Untersetzungsverhältnis von der Antriebsseite zur Abtriebsseite stufenlos geändert, wenn die Drehzahl der Abtriebsseite zunimmt.

In dem in der JP-OS 63-82876 beschriebenen stufenlosen Getriebe ändert sich der Wirkdurchmesser der Verstellriemenscheibe auf der Abtriebswellenseite entspre­ chend der durch die Wirkung der Zentrifugalkraft verursachten Bewegung der Stahlkugel, wodurch die Drehzahlverringerung bewirkt wird. Jedoch erfordert eine Vergrößerung des Wirkdurchmessers der Verstellriemenscheibe auf der Abtriebswellenseite Kraft, um der Zugkraft eines Transmissionsriemens entge­ genzuwirken, der die Verstellriemenscheiben auf der Abtriebswelle und der Antriebswelle verbindet. Diese Kraft kann durch die Treibkraft der Stahlkugel nicht aufgebracht werden. Das bedeutet, daß die Drehzahlverringerung bei dem in der JP-OS 63-82876 beschriebenen stufenlosen Getriebe schwierig zu verwirk­ lichen und daher unpraktisch ist.

Andererseits benötigen die in der JP-OS 61-228155 (1986) und der US 4738164 beschriebenen stufenlosen Getriebe keine große Kraft, um den Drehzahlände­ rungsring für eine Drehzahländerung in der Axialrichtung zu bewegen, und führen den oben beschriebenen Betrieb ohne Schwierigkeiten durch. Jedoch benötigen diese Getriebe Präzisionsteile, die eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit verlangen, wie das Nockenelement, das mit dem Innenrad versehen ist, und das Zentrifugal­ antriebsrad, das mit dem Nockenelement in Eingriff steht, und haben den Nachteil, daß zur Bearbeitung und Montage dieser Teile einiges am Mannstunden benötigt wird.

Außerdem führen alle wie oben beschrieben aufgebauten stufenlosen Getriebe des Standes der Technik den Drehzahländerungsbetrieb entsprechend der Dreh­ zahländerung auf der Abtriebsseite durch und sind nicht imstande, die Eigen­ schaft zu zeigen, daß die Abtriebsdrehzahl abnimmt, wenn die Antriebsdrehzahl vom Motor zunimmt, wie es gelegentlich bei Hilfsmaschinen von Kraftfahrzeugen benötigt wird.

Zum Beispiel benötigt eine Hydraulikpumpe zur Versorgung einer Servolenkung mit Hydrauliköl auf Grund einer kleineren vom Straßenbelag auf die gelenkten Reifen wirkenden Widerstandskraft fast keine Servokraft, wenn das Kraftfahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt, und muß daher eine geringere Ölmenge als diejenige fördern, die bei langsamer Fahrt benötigt wird. Jedoch verringert ein stufenloses Getriebe des Standes der Technik die Drehzahl der Hydraulikpumpe auf der Abtriebsseite nicht, sondern erhöht die Drehzahl der Hydraulikpumpe, wobei die Geschwindigkeit der Erhöhung verringert wird, wenn die Motordrehzahl auf der Antriebsseite zunimmt. Wenn das Kraftfahrzeug mit hoher Geschwindig­ keit fährt, wird die Hydraulikpumpe somit mit einer hohen Drehzahl angetrieben, so daß sie nutzloses Hydrauliköl fördert, das zur Unterstützung des Lenkbetriebs nicht benötigt wird. Es ist bekannt, daß die von einer Hydraulikpumpe verbrauch­ te Leistung der dritten Potenz der Drehzahl ungefähr proportional ist, und der durch das Fördern des nutzlosen Hydrauliköls verursachte Verlust an Motor­ leistung ist bedeutend, was zu einer Verschlechterung der Fahrleistungen und der gefahrenen Kilometer des Kraftfahrzeugs führt.

Um es zusammenzufassen, wird von einer Hydraulikpumpe für eine Servolenkung zwar verlangt, die Drehung ohne Drehzahlverringerung zu übertragen, wenn die Antriebsdrehzahl des Motors niedrig ist, und die Drehung nach einer geeigneten Drehzahlverringerung zu übertragen, wenn die Antriebsdrehzahl des Motors hoch ist; die stufenlosen Getriebe des vorstehend beschriebenen Standes der Technik sind aber nicht imstande, einen solchen Drehzahländerungsbetrieb durchzuführen.

Ein stufenloses Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist auf der US 4 662 244 bekannt. Des weiteren ist aus der US 3 802 295 ein stufenloses Getriebe bekannt, bei dem die Umwandlung der Bewegung von über Schwenkarme radial verlagerbaren beweglichen Körpern in die axiale Bewegung einer Drehzahländerungseinrichtung vorgesehen ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein alternatives gattungsgemäßes stufenloses Getriebe zu schaffen, bei dem die Bewegungsumwandlungseinrichtung einfach im Aufbau ist und wenig Platz benötigt.

Diese Aufgabe wird im wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen stufenlosen Getriebe wird der Drehzahländerungsring durch die Radialbewegung der beweg­ lichen Körper angetrieben, sich in der Axialrichtung zu bewegen, wodurch eine Drehzahlverringerung erreicht wird. Die Bewegung der beweglichen Körper wird durch die Wirkung der Zentrifugalkraft in Verbindung mit der Drehung der An­ triebswelle verursacht, und das Untersetzungsverhältnis, das durch die Bewegung des Drehzahländerungsrings eingestellt wird, wird nur entsprechend der Ände­ rung der Drehzahl der Antriebsseite festgelegt, ohne Rücksicht auf die Drehzahl der Abtriebsseite.

Wenn die Bewegungsumwandlungseinrichtung einen Körper zur Bewegung des Drehzahländerungsrings aufweist, um die Drehzahl zu verringern, und der Körper eine Nockenfläche aufweist, die so angeordnet ist, daß sie dem Bewegungsbereich der beweglichen Körper gegenüberliegt, und die Neigungswinkel aufweist, die in einem Querschnitt, der die Achse enthält, in der Radialrichtung verschieden sind, so hängt ein Änderungsmodus des Untersetzungsverhältnisses von einem Änderungsmodus der Neigungswinkel der Nockenfläche ab, da die beweglichen Körper die Nockenfläche entsprechend dem Neigungswinkel an jeder Position während der Bewegung antreiben und der Änderungsmodus der Abtriebsdrehzahl kann geeig­ net eingestellt werden.

Werden bei dem stufenlosen Getriebe der Erfindung die Neigungswinkel der Nockenfläche in bezug auf die Achse in Richtung auf einen Außenumfang der Antriebswelle kleiner gemacht, läßt sich ein stufenloses Getriebe schaffen, das die Eigenschaft aufweist, daß sich die Abtriebsdrehzahl in der zur Änderung zur Antriebsdrehzahl umgekehrten Weise ändert.

In einem niedrigen Drehzahlbereich, in dem die beweglichen Körper die Nocken­ fläche auf der Innendurchmesserseite an treiben, erfährt daher das Untersetzungs­ verhältnis für eine gegebene Bewegung der beweglichen Körper einen geringen Änderungsbetrag, während in einem hohen Drehzahlbereich, in dem die beweg­ lichen Körper die Nockenfläche auf der Außendurchmesserseite antreiben, der Änderungsbetrag größer wird. Somit bleibt die Drehzahl der Abtriebswelle hoch, während die Drehzahl der Antriebswelle niedrig ist, und nimmt schnell ab, wenn die Drehzahl der Antriebswelle zunimmt, was die Eigenschaft ergibt, daß sich die Abtriebsdrehzahl in der zu der Änderung der Antriebsdrehzahl umgekehrten Weise ändert.

Sind bei dem stufenlosen Getriebe der Erfindung ferner die beweglichen Körper auf der Tragwelle über Lager montiert, so drehen sich die beweglichen Körper besonders leichtgängig.

Bei dem stufenlosen Getriebe der Erfindung kann ferner eine Bewegungsstrecke der Bewegungsumwandlungseinrichtung in der Axialrichtung durch ein Gehäuse beschränkt werden. Das Getriebe enthält dann eine kleinere Zahl von Teilen, die die Anfangsposition des Drehzahländerungsrings beeinflussen können, was zu einer hohen Einstellgenauigkeit der Anfangsposition des Drehzahländerungsrings führt.

In der folgenden Beschreibung werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung sind:

Fig. 1 eine Längsschnittskizze, die eine Anwendung eines stufenlosen Getriebes gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine Skizze zur Erläuterung des Arbeitsprinzips der Drehzahlverringerung in dem stufenlosen Getriebe der Erfindung;

Fig. 3 eine Prinzipskizze, die die Positionsbeziehungen zwischen den Bauteilen der Erfindung im Falle eines maximalen Untersetzungsverhältnisses zeigt;

Fig. 4 eine Prinzipskizze, die die Positionsbeziehungen zwischen den Bauteilen der Erfindung im Falle eines minimalen Untersetzungsverhältnisses zeigt;

Fig. 5 ein Graph, der die Beziehung zwischen der Antriebsdrehzahl und der Abtriebsdrehzahl zeigt, die durch Verwendung des stufenlosen Getriebes der Erfindung erhalten wird;

Fig. 6 eine vergrößerte Skizze, die den Aufspannzustand einer Spiralfeder des stufenlosen Getriebes der Erfindung zeigt;

Fig. 7 eine Prinzipskizze, die den Federteil einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 8 eine Längsschnittskizze, die eine Anwendung eines stufenlosen Getriebes gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und

Fig. 9 eine vergrößerte Skizze der Umgebung einer Berührungsposition zwischen einem beweglichen Körper und einer Nockenfläche in der zweiten Ausführungs­ form.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, die ihre Ausfüh­ rungsformen zeigen, im Detail beschrieben.

Fig. 1 ist eine Längsschnittskizze, die eine Anwendung eines stufenlosen Getrie­ bes gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung in einem Kraftübertra­ gungssystem einer Hydraulikpumpe zur Versorgung einer Servolenkung mit Hydrauliköl zeigt. In der Zeichnung ist eine Hydraulikpumpe 1 eine Flügelpumpe, die mit einem Rotor 10 von kurzer zylindrischer Form, der eine Vielzahl von in der Radialrichtung frei vor und zurück beweglichen Flügeln festhält, und einem Nockenring 11 in Form eines Rings mit einer ungleichmäßigen Wanddicke verse­ hen ist. Der Nockenring 11 und eine Druckplatte 12, die koaxial dazu auf einer Seite des Nockenrings 11 angeordnet ist, sind zusammen von einem Pumpen­ gehäuse 14 umgeben, und der Nockenring 11 ist zwischen einer Endplatte 13, die die andere Seite des Pumpengehäuses 11 verschließt, und der Druckplatte 12 fest­ gehalten und befestigt. Der Rotor 10 ist beweglich im Nockenring 11 eingesetzt und auf einer Transmissionswelle 2 befestigt, die durch die Druckplatte 12 hin­ durchgeht, durch die Achse des Nockenrings 11 verläuft und an ihrem einen Ende mittels der Endplatte 13 gelagert ist, so daß er sich entsprechend der Drehung der Transmissionswelle 2 koaxial innerhalb des Nockenrings 11 dreht.

Die wie oben beschrieben aufgebaute Hydraulikpumpe 1 arbeitet, um in einer Vielzahl von Pumpenkammern, die in der Umfangsrichtung zwischen dem Außen­ umfang des Rotors 10 und dem Innenumfang des Nockenrings 11 angeordnet sind, Hydraulikdruck zu erzeugen. Diese Pumpenkammern stehen über einen Ölan­ saugweg 16, der auf den Innenseiten der Endplatte 13 und des Pumpengehäuses 14 gebildet ist, mit einer auf der oberen Außenseite des Pumpengehäuses 14 montierten Ansaugleitung 15 in Verbindung, und außerdem stehen sie über eine Druckkammer 17, die hinter der Druckplatte 12 gebildet ist, mit einer in der Zeichnung nicht gezeigten Auslaßleitung in Verbindung.

Die Ansaugleitung 15 steht mit einem in der Zeichnung nicht gezeigten Ölbe­ hälter in Verbindung, der das Hydrauliköl für die Servolenkung enthält, und wenn sich der Motor 10 aufgrund der Drehung der Transmissionswelle 2 dreht, wird das Hydrauliköl durch die Ansaugleitung 15 und den Ölansaugweg 16 hindurch in jede Pumpenkammer auf der Außenseite des Rotors 10 eingeleitet. Die vielen am Rotor 10 gehalterten Flügel drücken mit ihren Spitzen gegen den Innenumfang des Nockenrings 11 und drehen sich zusammen mit dem Rotor 10, während sie sich in der Radialrichtung vor- und zurückbewegen, indem sie der Welligkeit des Innenumfangs folgen, so daß sich das in jede Pumpenkammer eingeleitete Hydrauliköl, das in einem zwischen den benachbarten Flügeln gebildeten Raum enthalten ist, zusammen mit dem Motor 10 dreht, wobei der Druck erhöht wird, und durch die Druckkammer 17 und die Auslaßleitung hindurch zur Servolenkung gefördert wird.

Ein stufenloses Getriebe 3 ist vom dem Fachmann bekannten Ringkegeltyp, bei dem Außenumfänge einer Antriebsscheibe 31 und einer Abtriebsscheibe 32 mit den Unterseiten einer Vielzahl von Planetenkegeln 33 in Rollkontakt stehen, die in der Umfangsrichtung zwischen die Scheiben gesetzt sind (und von denen in der Zeichnung nur zwei gezeigt sind). Ein auf den Umfängen der Planetenkegel 33 montierter ringförmiger Drehzahländerungsring 34 steht mit allen Planeten kegeln 33 auf ihren Kegelerzeugungslinien, die zu den Mittelachsen der Antriebsscheibe 31 und der Abtriebsscheibe 32 parallel sind, in Rollkontakt. Der Drehzahl­ änderungsbetrieb wird durchgeführt, indem der Drehzahländerungsring 34 in der Axialrichtung bewegt wird und dadurch die Positionen des Rollkontakts mit den Planetenkegeln 33 geändert werden.

Die Antriebsscheibe 31 ist über Keilnuten mit einer Antriebswelle 4 gekoppelt, die koaxial in einem Transmissionsgehäuse 30 gelagert ist, so daß sie sich zusam­ men mit der Antriebswelle 4 dreht. Das andere Ende der Antriebswelle 4 steht auf der Seite gegenüber der Befestigungsseite des Pumpengehäuses 14 vom Trans­ missionsgehäuse 30 nach außen vor und ist über eine am vorstehenden Ende der Antriebswelle 4 befestigte V-Riemenscheibe 5 und einen in der Zeichnung nicht gezeigten V-Riemen, der um die V-Riemenscheibe 5 herumgelegt ist, mit der Abtriebsseite eines nicht gezeigten Motors verbunden. Folglich drehen sich die Antriebswelle 4 und die darauf befestigte Antriebsscheibe 31 entsprechend der von der V-Riemenscheibe 5 übertragenen Motordrehung.

Die Abtriebsscheibe 32 ist mittels der Antriebswelle 4 frei drehbar und koaxial dazu gelagert, indem der auf ihrer Innenseite montierte zylindrische Teil auf das Ende der Antriebswelle 4 gesteckt ist. Das Ende der Transmissionswelle 2, das sich vom Pumpengehäuse 14 aus in das Transmissionsgehäuse 30 hinein erstreckt, ist über eine Keilnutenkupplung mit einer Druckplatte 35 in Form einer dicken Scheibe versehen, wobei die Druckplatte 35 so ausgebildet ist, daß sie einer inneren Hälfte der Abtriebsscheibe 32 gegenüberliegt, d. h., der nicht mit den Pla­ netenkegeln 33 in Rollkontakt stehenden Seite der Abtriebsscheibe 32. Außerdem ist in die Druckplatte 35 an ihrer Mitte das Fußende einer Tragwelle 38 geschoben und daran befestigt, wobei die Spitze der Tragwelle 38 ein geeignetes Stück weit frei drehbar in ein Lagerloch gesteckt ist, das in der Mitte des Endes der Antriebs­ welle 4 ausgebildet ist, so daß die Wirkung der Tragwelle 38 die Konzentrizität der Antriebswelle 4 und der Transmissionswelle 2 aufrechterhält.

Ein Abstand zwischen der Abtriebsscheibe 32 und der Druckplatte 35 wird durch die Kraft einer zwischen diese Scheiben gesetzten Spiralfeder 36 aufrechterhal­ ten. Die Abtriebsscheibe 32 und die Druckplatte 35 sind auf ihren einander gegen­ überliegenden Seiten mit Nockenflächen versehen, die in der Umfangsrichtung an bestimmten Umfängen schräg stehen, und zwischen den Nockenflächen sind Nockenkugeln 37 eingesetzt. Wenn sich die Abtriebsscheibe 32 und die Druck­ platte 35 relativ zueinander zu drehen beginnen, greifen die Nockenkugeln 37 an den jeweiligen Nockenflächen an, um die Scheiben zu stützen, und drücken die Abtriebsscheibe 32 in eine solche Richtung, daß sie sich von der Druckplatte 35 entfernt, nämlich in eine solche Richtung, daß der Rollkontakt mit den Planetenkegeln 33 verstärkt wird.

Die Planetenkegel 33, die mit der Antriebsscheibe 31 und der Abtriebsscheibe 32 in Rollkontakt stehen, werden durch einen Träger 58 in Form eines kegelförmigen Rings so gehalten, daß die Achsen der Planetenkegel 33 in die gleiche Richtung geneigt sind, wobei die Antriebsscheibe 31 mit den Unterseiten der Planetenkegel 33 auf dem Innenumfang in Rollkontakt steht und die Abtriebsscheibe 32 mit den Unterseiten der Planetenkegel 33 auf dem Außenumfang in Rollkontakt steht, so daß sie sich integral mit der Transmissionswelle 2 drehen, die als Abtriebswelle zur Hydraulikpumpe 1 dient, und die Kraftübertragung von der Antriebswelle 4 zur Transmissionswelle 2 über die Planetenkegel 33 durchgeführt wird.

Fig. 2 ist eine Zeichnung, die das Wirkungsprinzip des Drehzahländerungs­ betriebs bei dem stufenlosen Getriebe 3 vom Ringkegeltyp zeigt. Falls die Posi­ tion des Rollkontakts zwischen der Antriebsscheibe 31 und einem der Planeten­ kegel 33 in einer Entfernung a von den Achsen der Antriebswelle 4 und der Trans­ missionswelle 2 und in einer Entfernung b von der Mitte der Drehung des Plane­ tenkegels 33 liegt, die Position des Rollkontakts zwischen dem Drehzahl­ änderungsring 34 und dem Planetenkegel 33 in einer Entfernung c von der Mitte der Drehung des Planetenkegels 33 und in einer Entfernung d von den Achsen der Antriebswelle 4 und der Transmissionswelle 2 liegt und die Position des Roll­ kontakts zwischen der Abtriebsscheibe 32 und dem Planetenkegel 33 in einer Entfernung e von der Mitte der Drehung des Planetenkegels 33 und in einer Entfernung f von den Achsen der Antriebswelle 4 und der Transmissionswelle 2 liegt, wie in der Zeichnung gezeigt, ist die Drehzahl N₂ der Transmissionswelle als Abtriebswelle durch die folgende Gleichung gegeben, welche die Drehzahl N₁ der Eingangswelle 4 enthält, unter der Bedingung, daß die Drehung des Drehzahl­ änderungsrings 34 beschränkt ist:

Die Position des Rollkontakts des Drehzahländerungsrings 34 wird auf der Kegel­ erzeugungslinie des Planetenkegels 33 geändert, und die Kegelerzeugungslinie ist zu den Achsen der Antriebswelle 4 und der Transmissionswelle 2 parallel. Folglich wird die Position des Rollkontakts des Drehzahländerungsrings 34 geändert, während die Entfernung d von den Achsen der Antriebswelle 4 und der Trans­ missionswelle 2 konstant gehalten wird, und es ändert sich nur die Entfernung c von der Mitte der Drehung des Planetenkegels 33. Wie sich aus der Gleichung (1) ergibt, wird unter der Bedingung, daß die Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 kon­ stant ist, die Drehzahl N₂ der Transmissionswelle 2, nämlich das Untersetzungs­ verhältnis der Kraftübertragung von der Antriebswelle 4 zur Transmissionswelle 2, größer, wenn die Entfernung c kleiner wird, und umgekehrt kleiner, wenn die Entfernung c größer wird.

Ist zum Beispiel c=0, nämlich wenn die Position des Rollkontakts des Drehzahl­ änderungsrings 34 an der Spitze des Planetenkegels 33 liegt, so kann Gleichung (1) wie folgt vereinfacht werden:

N₂ = - (ae/bf) × N₁ (2)

Diese Gleichung enthält nur Werte, die die Rollkontaktbeziehung zwischen dem Planetenkegel 33 und der Antriebsscheibe 31 oder der Abtriebsscheibe 32 darstel­ len. In diesem Fall, nämlich wenn die Position des Rollkontakts des Drehzahlän­ derungsrings 34 an der Spitze des Planetenkegels 33 liegt, wird das Untersetzungs­ verhältnis der Kraftübertragung von der Antriebswelle 4 zur Transmissionswelle 2 maximal. Der Grund dafür, daß die Drehzahl N₂ einen negativen Wert annimmt, ist der, daß die Drehrichtung der Transmissionswelle 2 derjenigen der Antriebs­ welle 4 entgegengesetzt ist.

Wie sich aus der Gleichung (1) ergibt, nimmt andererseits die Drehzahl N₂ der Transmissionswelle 2 den Minimalwert (=0) an, wenn die Entfernung c der folgenden Gleichung genügt

c = ed/f (3)

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, liegt die der Transmissionswelle 2 am nächsten kom­ mende Position des Rollkontakts zwischen der Abtriebsscheibe 32 und dem Plane­ tenkegel 33 in der Nähe des Umfangs des Planetenkegels 33, und die Entfernung f von den Achsen der Antriebswelle 4 und der Transmissionswelle 2 ist im wesent­ lichen gleich der Entfernung d der Position des Rollkontakts des Drehzahl­ änderungsrings 34 von den Achsen der Antriebswelle 4 und der Transmissions­ welle 2. Wenn daher die Position des Rollkontakts des Drehzahländerungsrings 34 so geändert wird, daß sie der Position des Rollkontakts der Abtriebsscheibe 32 entspricht, nämlich der Umgebung des Umfangs des Planetenkegels 33, wie in Fig. 2 durch eine gestrichelte Linie gezeigt, gilt die Beziehung c = e, so daß Gleichung (3) angenähert erfüllt wird, und es kann ein Zustand erreicht werden, in dem die Transmissionswelle 2 in ihrer Drehung stationär ist.

Wie oben beschrieben, nimmt die Drehzahl N₂ der Transmissionswelle 2 zu, wenn sich die Position des Rollkontakts des Drehzahländerungsrings 34 der Spitze des Planetenkegels 33 nähert, und nimmt ab, wenn sich die Position von der Spitze entfernt. Das bedeutet, daß das Untersetzungsverhältnis (N₂/N₁) der Kraftüber­ tragung von der Antriebswelle 4 zur Transmissionswelle 2 zunimmt, wenn sich der Drehzahländerungsring 34 nach rechts bewegt, und abnimmt, wenn sich der Dreh­ zahländerungsring 34 in Fig. 1 und Fig. 2 nach links bewegt, und beim Abnehmen kann ferner eine stufenlose Drehzahlverringerung bis zu einem Untersetzungs­ verhältnis Null herab erreicht werden.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird der Drehzahländerungsring 34 an einer Zwischen­ position eines Haltezylinders 40, der eine zylindrische Form hat und beweglich in das Transmissionsgehäuse 30 eingesetzt ist, auf eine solche Weise gehalten, daß ein Wulst für den Rollkontakt mit den Planetenkegeln 33 nach innen vorsteht. Auf der Innenwand des Transmissionsgehäuses 30 sind eine Vielzahl von Führungs­ keilen 41 befestigt, die in der Umfangsrichtung in im wesentlichen gleichen Abständen angeordnet sind. Auf dem Außenumfang des Haltezylinders 40 sind an Positionen, die den Führungskeilen 41 entsprechen, über die gesamte axiale Länge Führungsnuten gebildet. Der bewegliche Einbau des Haltezylinders 40 im Transmissionsgehäuse 30 wird dadurch erreicht, daß ein Eingriff der Führungs­ keile 41 in die entsprechenden Führungsnuten hergestellt wird. Das heißt, der Haltezylinder 40 und der Drehzahländerungsring 34 werden durch die Führungs­ keile 41 geführt und sind imstande, sich in der Axialrichtung zu bewegen, während ihre Drehung durch das Transmissionsgehäuse 30 beschränkt wird.

Auf einer Seite des Haltezylinders 40, nämlich der Seite der Transmissionswelle 2, ist eine Schutzplatte 42 in Form einer Hohlscheibe montiert. Die Schutzplatte 42 hält eine Öldichtung, die an ihren Innenumfang eingebaut und befestigt ist, im Gleitkontakt mit dem Außenumfang der Druckplatte 35, die am Ende der Trans­ missionswelle 2 eingebaut ist, um dadurch beide Seiten der Gleitkontaktposition flüssigkeitsdicht abzudichten und um den Mechanismus des stufenlosen Getriebes 3 von dem Verbindungsteil zur Hydraulikpumpe 1 abzuschirmen. Die Schutzplatte 42 hält außerdem eine Vielzahl von Spiralfedern 43 in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung auf einem bestimmten Umfang ihrer Rückseite fest (der End­ fläche auf der Seite der Transmissionswelle 2). Diese Spiralfedern 43 stellen einen federnden Kontakt mit der inneren Wandfläche des Transmissionsgehäuses 30 auf seiner der Rückseite gegenüberliegenden Seite her, wodurch der Haltezylinder 40 in Richtung auf die Seite der Antriebswelle 4 gedrückt wird (d. h., in der Zeich­ nung nach rechts).

Ferner ist am Umfang der Seite der Antriebswelle 4, welche die andere Seite des Haltezylinders 40 ist, auf der Seite der Antriebswelle 4, wie in Fig. 1 gezeigt eine Nockenfläche 44 gebildet, die kegelförmig ist, so daß sie sich in Richtung auf ihr Ende kegelförmig erweitert. An die Antriebswelle 4 ist über Keilnuten ein Trag­ element gekoppelt, das außen an die Antriebsscheibe 31 angrenzt. Wie in der Zeichnung gezeigt, weist das Tragelement eine Vielzahl von Traghebeln 45 auf, die so montiert sind, daß sie radial auf der Außenseite eines runden Vorsprungs vorstehen, der äußerlich auf die Antriebswelle 4 gesteckt ist, wobei jeder Traghebel 45 einen aus einer Vielzahl von beweglichen Körpern 46 trägt.

Der bewegliche Körper 46 ist eine Stahlkugel mit einem bestimmten Gewicht und ist in der Radialrichtung des stufenlosen Getriebes 3 längs jedes Traghebels 45 beweglich gelagert, der durch die Achse des beweglichen Körpers 46 hindurch­ geht. Da die Traghebel 45 so montiert sind, daß sie auf dem runden Vorsprung vorstehen, der über Keilnuten an die Antriebswelle 4 gekoppelt ist, und sich drehen, wenn sich die Antriebswelle 4 dreht, bewegt sich der durch den entsprechenden Traghebel 45 gelagerte bewegliche Körper 46 unter der Wirkung der Zentrifugalkraft entsprechend der Drehung der Antriebswelle 4 in der Radialrichtung nach außen.

Ein Ende des Traghebels 45 liegt der Nockenfläche 44 gegenüber, die auf dem Umfang des Haltezylinders 40 gebildet ist, wie in der Zeichnung gezeigt, während der bewegliche Körper 46, der sich längs des Traghebels 45 bewegt, die Nocken­ fläche 44 von innen her an einer Zwischenposition seiner Bewegungsbahn berührt und danach unter der Wirkung der Zentrifugalkraft entsprechend der Drehung der Antriebswelle 4 in der Radialrichtung nach außen gegen die Nockenfläche 44 drückt. Die Nockenfläche 44 hat die zuvor beschriebene Neigung, und der Halte­ zylinder 40, der die Nockenfläche 44 aufweist, bewegt sich entsprechend der Druckkraft des beweglichen Körpers 46 gegen die Nockenfläche 44 in Richtung der Seite der Transmissionswelle 2 (d. h., in der Zeichnung nach links).

Wie oben beschrieben, werden der Haltezylinder 40 und der Drehzahländerungs­ ring 34 durch die Radialbewegung des beweglichen Körpers 46 angetrieben und bewegen sich gegen die Kraft der Spiralfedern 43 nach links, und daher halten sie an einer Position an, an der die Druckkraft des beweglichen Körpers 46 und die Federkraft der Spiralfedern 43 im Gleichgewicht sind. Da die Bewegung des beweglichen Körpers 46 durch die Zentrifugalkraft in Verbindung mit der Drehung der Antriebswelle 4 verursacht wird, verschiebt sich die Position des Drehzahländerungsrings 34 in der Axialrichtung abhängig von der Änderung der Drehzahl der Antriebswelle 4 nach rechts oder links. Da die Bewegung des Drehzahländerungsrings 34 außerdem unter der Bedingung erfolgt, daß seine Drehung durch die Führungskeile 41 beschränkt ist, nimmt das Untersetzungs­ verhältnis der Kraftübertragung von der Antriebswelle 4 zur Transmissionswelle 2 zu, wenn die Drehzahl der Antriebswelle 4 zunimmt, und nimmt umgekehrt ab, wenn die Drehzahl der Antriebswelle 4 zunimmt.

Fig. 3 und Fig. 4 zeigen die relativen Positionen der Bauteile, wenn das Unterset­ zungsverhältnis den Maximalwert bzw. den Minimalwert annimmt. Das minimale Untersetzungsverhältnis, das unter der in Fig. 4 gezeigten Bedingung erhalten wird, nämlich wenn sich die Position des beweglichen Körpers 46 in der Radial­ richtung ganz außen befindet, kann durch geeignetes Einstellen der Federkraft der Spiralfedern 43 gegen die aus der Größe und dem Gewicht des beweglichen Körpers 46 geschätzte Stärke der Zentrifugalkraft erhalten werden, einschließlich des Falles, daß die Drehzahl der Transmissionswelle 2 Null ist (der in der Zeich­ nung gezeigte Fall ist nicht derjenige für die Drehzahl Null).

Bei konstanter Kraft der Spiralfedern 43, die den Drehzahländerungsring 34 an treiben, um das Untersetzungsverhältnis zu vergrößern, nimmt außerdem die Zentrifugalkraft des beweglichen Körpers 46, der den Drehzahländerungsring 34 an treibt, um das Untersetzungsverhältnis zu verringern, proportional zum Quadrat der Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 zu. Fig. 5 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Antriebsdrehzahl N₁ der Antriebswelle 4 und der Abtriebsdrehzahl N₂ der Transmissionswelle 2 als Abtriebswelle zeigt. Längs der Ordinate ist die Abtriebdrehzahl N₂ der Transmissionswelle 2 und die von der durch die Drehung der Transmissionswelle 2 angetriebenen Hydraulikpumpe 1 abgegebene Ölmenge aufgetragen, und längs der Abszisse ist die Antriebs­ drehzahl N₁ aufgetragen. Wie der Graph zeigt, nimmt die Abtriebsdrehzahl N₂ in einem Bereich niedriger Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 mit der Zunahme der Drehzahl N₁ zu und nimmt umgekehrt in einem Bereich hoher Drehzahl N₁ mit der Zunahme der Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 ab. Wie zuvor beschrieben, ist diese Eigenschaft für die Hydraulikpumpe 1 für eine Servolenkung günstig.

Fig. 6 ist eine vergrößerte Skizze, die den Aufspannzustand einer der Spiralfedern 43 auf der Schutzplatte 42 auf einer Seite des Haltezylinders 40 zeigt. Auf der Rückseite der Schutzplatte 42 ist ein Anschlagstab 47 montiert, der in Richtung auf die gegenüberliegende Seite des Transmissionsgehäuses 30 vorsteht, und die Spiralfeder 43 wird dadurch festgehalten, daß ihr Fußende auf den Anschlagstab 47 gesteckt ist. Der Anschlagstab 47 berührt entsprechend der Kontraktion der Spiralfeder 43 auf Grund der Bewegung des Haltezylinders 40 die innere Wand­ fläche des Transmissionsgehäuses 30, wodurch die Weiterbewegung des Halte­ zylinders 40 beschränkt wird. Daher kann der Bewegungsbereich des Drehzahl­ änderungsrings 34 in Richtung einer Verringerung des Untersetzungsverhältnisses begrenztwerden, indem die Länge, um die der Anschlagstab 47 vorsteht, geeignet eingestellt wird, was es möglich macht, die Drehzahl N₂ von einer geeigneten Stelle im abnehmenden Bereich der Drehzahl N₂ aus zu vergrößern, wie in Fig. 5 durch eine gestrichelte Linie gezeigt. Dies führt zu einer größeren Freiheit bei der Wahl der Eigenschaften.

Die Spiralfedern 43, die den Drehzahländerungsring 43 über den Haltezylinder 40 an treiben, die Drehzahl zu vergrößern (d. h., in der Zeichnung nach rechts), können jeweils verschiedene Längen aufweisen, wie in Fig. 7 gezeigt. Fig. 7 zeigt eine Hälfte der Schutzplatte 42, die acht Spiralfedern 43 festhält, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, und unter den in der Zeichnung gezeigten fünf Spiralfedern 43 weisen zwei Spiralfedern 43 an den in der Umfangsrichtung einander gegenüberliegenden Positionen eine solche Eigenlänge x auf, daß sie immer mit der Wand des Transmissionsgehäuses 30 in Federkontakt stehen können, während unter den anderen sechs (von denen in der Zeichnung drei gezeigt sind) vier (von denen in der Zeichnung zwei gezeigt sind) eine Eigenlänge y aufweisen, die kürzer als die Länge x ist, und die beiden übrigen (von denen in der Zeichnung eine gezeigt ist) eine noch kürzere Eigenlänge z aufweisen.

Bewegt sich bei diesem Aufbau der Drehzahländerungsring 34, um die Drehzahl als Antwort auf eine Drehzahlerhöhung der Antriebswelle 4 zu verringern, so erhöht sich die Federkraft der Spiralfedern 43, die der Bewegung Widerstand entgegen setzen, stufenweise entsprechend der Bewegungsstrecke. Folglich wird es ermöglicht, die Eigenschaften der Änderung der Drehzahl N₂ der Trans­ missionswelle 2 und der von der Hydraulikpumpe 1 abgegebenen Ölmenge entsprechend der Änderung der Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 mit größerer Freiheit zu wählen.

Nachstehend wird nun die zweite Ausführungsform der Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die diese zeigen.

Fig. 8 ist eine Längsschnittansicht, die eine Anwendung eines stufenlosen Getrie­ bes gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung im Kraftübertragungssystem einer Hydraulikpumpe zur Versorgung einer Servolenkung mit Hydrauliköl zeigt. Teile, die denen des stufenlosen Getriebes gemäß der ersten Ausführungs­ form ähnlich sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht noch einmal beschrieben, und die Teile, die sich von den in der ersten Ausfüh­ rungsform verwendeten Teilen unterscheiden, werden nachstehend beschrieben. In der Zeichnung weist das Pumpengehäuse 14 eine zylindrische Verbindungs­ stütze 18 auf, die koaxial auf der entgegengesetzten Seite eines durch die Endplatte 13 verschlossenen Teils vorstehend montiert ist, und das stufenlose Getriebe 3 der Erfindung ist innerhalb des Transmissionsgehäuses 30 aufgebaut, das koaxial an einer Seite der Verbindungsstütze 18 angebaut ist.

Ein Ende der Antriebswelle 4 stößt stumpf an das Ende der Transmissionswelle 2, das in das Transmissionsgehäuse 30 hinein vorsteht, und die Abtriebsscheibe 32 ist über ein Nadellager auf das Ende der Transmissionswelle 2 gesteckt, so daß es frei und koaxial drehbar gelagert ist. An den vorspringenden Teil der Transmissions­ welle 2 ist mittels Keilnuten die Druckplatte 35 in Form einer dicken Scheibe gekoppelt, und die Druckplatte 35 ist so ausgebildet, daß sie der Rückseite der Abtriebsscheibe 32 gegenüberliegt, nämlich ihrer anderen Seite als der, die mit den Planetenkegeln 33 in Rollkontakt steht.

Der Drehzahländerungsring 34 wird integral an einem Zwischenteil eines zylin­ drischen Nockenkörpers 50 festgehalten, der beweglich in das Transmissions­ gehäuse 30 eingesetzt ist, so daß sein Wulst, der mit den Planetenkegeln 33 in Rollkontakt steht, nach innen vorsteht. Auf dem Innenumfang des Transmissions­ gehäuses 30, der dem Außenumfang des Nockenkörpers 50 gegenüberliegt, sind eine Vielzahl der Führungskeile 41 in wesentlichen gleichen Abständen in der Umfangsrichtung befestigt, und an den den Führungskeilen 41 entsprechenden Positionen sind eine Vielzahl von entsprechenden Führungsnuten 52 gebildet, so daß der Nockenkörper 50 beweglich in das Transmissionsgehäuse 30 eingesetzt werden kann, indem die Führungsnuten 52 mit den entsprechenden Führungs­ keilen 41 in Eingriff gebrachtwerden. Somit wird die Drehung des Nockenkörpers 50 und des Drehzahländerungsrings 34 durch das Transmissionsgehäuse 30 beschränkt und werden diese durch die Führungskeile 41 geführt, und daher können sie sich in der Axialrichtung nur innerhalb des Bereichs bewegen, in dem die Führungsnuten 52 gebildet sind.

Eine Seitenfläche des Nockenkörpers 50 liegt der äußeren Wandfläche des Pum­ pengehäuses 14 gegenüber, und zwischen diese einander gegenüberliegenden Flächen sind eine Vielzahl der Spiralfedern 43 in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung gesetzt. Diese Spiralfedern 43 drücken den Nockenkörper 50 in Richtung auf die Antriebswelle 4 (d. h., in der Zeichnung nach rechts) und zwingen jede der Führungsnuten 52 in den Zustand, daß ihre andere Seite das Ende des entsprechenden Führungskeils 41 berührt, wie in der Zeichnung gezeigt.

Andererseits ist auf der anderen Seite (auf der Seite der Antriebswelle 4) des Nockenkörpers 50 eine Nockenfläche 54 gebildet. Die in der Zeichnung gezeigte Nockenwelle 54 ist so aufgebaut, daß der Neigungswinkel in bezug auf die Achse in einem Querschnitt, der die Achse der Antriebswelle 4 (und der Transmissions­ welle 2) enthält, in Richtung auf die Außenseite in der Radialrichtung des Nockenkörpers 50 kontinuierlich kleiner wird. Eine solche Nockenfläche 54 kann als Bogen, dessen Mittelpunkt auf der Achse liegt, als Vereinigung von Bögen oder als Teil einer Parabel gebildet sein, deren Scheitelpunkt im oben beschrie­ benen Querschnitt auf der Achse liegt.

Andererseits weist die Antriebswelle 4 eine Vielzahl der Traghebel 45 auf, die so montiert sind, daß sie von dem runden Vorsprung aus, der angrenzend an die Antriebsscheibe 31 mittels Keilnuten an die Antriebswelle 4 gekoppelt ist, radial nach außen vorstehen, und durch die entsprechenden Traghebel 45 werden bewegliche Körper 56 gelagert.

Der bewegliche Körper 56 ist eine Stahlkugel mit einem bestimmten Gewicht und ist ohne Widerstand um die Achse des Traghebels 45 herum drehbar und in der Radialrichtung beweglich gelagert, indem ein Einbauloch, das durch die Achse des beweglichen Körpers 56 hindurch verläuft, über ein Nadellager 55 auf den entsprechenden Traghebel 45 gesteckt ist, wie in der Zeichnung gezeigt. Da die Traghebel 45 so montiert sind, daß sie von dem runden Vorsprung vorstehen, der mittels Keilnuten an die Antriebswelle 4 gekoppelt ist, und sich zusammen mit der Antriebswelle 4 drehen, wie zuvor beschrieben, bewegt sich der durch den entsprechenden Traghebel 45 gelagerte bewegliche Körper 56 unter der Wirkung der Zentrifugalkraft in der Radialrichtung der Antriebswelle 4 nach außen, wenn sich die Antriebswelle 4 dreht.

Die Enden jedes Traghebels 45 liegen der Nockenfläche 54 gegenüber, die auf der Endfläche des Nockenkörpers 50 gebildet ist, während sich die beweglichen Körper 56 unter der Wirkung der Zentrifugalkraft längs der jeweiligen Traghebel 45 bewegen und an einer Zwischenstelle der Bewegungsbahn von innen her mit der Nockenfläche 54 in Kontakt gebracht werden. Bevor ein solcher Kontakt herge­ stellt wird, wird der Nockenkörper 50 in einen solchen Zustand gezwungen, daß die Endflächen der Führungsnuten 52, die auf seinem Außenumfang gebildet sind, gegen die Führungskeile 41 gedrückt werden und der vom Nockenkörper 50 integral gehaltene Drehzahländerungsring 34 die der Spitze der Planetenkegel 33 am nächsten liegende Position des Rollkontakts auf deren Kegelerzeugungslinien beibehält, wie in Fig. 1 gezeigt, was zum maximalen Untersetzungsverhältnis führt, so daß die Hydraulikpumpe 1 mit einer Drehzahl nahe der Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 angetrieben wird.

Nachdem die beweglichen Körper 56 mit der Nockenfläche 54 in Kontakt gebracht worden sind, wird andererseits die Zentrifugalkraft, die auf die beweglichen Körper 56 wirkt, in der Radialrichtung nach außen auf die Nockenfläche 54 ausgeübt. Die Nockenfläche 54 ist in bezug auf die Linie der Wirkung der Zentri­ fugalkraft geneigt, wobei eine Komponente der Zentrifugalkraft des beweglichen Körpers 56 auf die Nockenfläche 54 wirkt, so daß sich der Nockenkörper 50 durch die Wirkung der Kraftkomponente entgegen der Kraft der Spiralfedern 43 in der Axialrichtung bewegt und an einer Position anhält, an der die Kraftkomponente und die Kraft der Spiralfedern 34 im Gleichgewicht sind. Während sich in diesem Moment die beweglichen Körper 56 drehen, wenn sich die Antriebswelle 4 dreht, und die Nockenfläche 54 sich nicht dreht, da die Drehung durch den Nocken­ körper 50 beschränkt wird, sind die beweglichen Körper 56 über die Nadellager 55 durch die jeweiligen Traghebel 45, 45, . . . gelagert, so daß sie sich ohne Widerstand drehen können, wenn der Rollkontakt mit der Nockenfläche 54 hergestellt wird, wodurch bewirkt wird, daß die Bewegung der beweglichen Körper 56, 56, . . . unter der Wirkung der Zentrifugalkraft leichtgängig durchgeführt wird.

Wie oben beschrieben, wird die Bewegung der beweglichen Körper 56 durch die Wirkung der Zentrifugalkraft in Verbindung mit der Drehung der Antriebswelle 4 bewirkt, und diese Bewegung geht mit der Verschiebung des Nockenkörpers 50 und des integral damit verbundenen Drehzahländerungsrings 34 in der Axial­ richtung einher. Diese Verschiebung erfolgt in einer solchen Richtung, daß die Position des Rollkontakts des Drehzahländerungsrings 34 von den Spitzen der Planetenkegel 33 wegbewegt wird, also in einer solchen Richtung, daß das Unter­ setzungsverhältnis der Kraftübertragung von der Antriebswelle 4 zur Transmis­ sionswelle 2 abnimmt. Außerdem nimmt das Untersetzungsverhältnis zu, wenn die Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 abnimmt, und umgekehrt ab, wenn die Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 zunimmt.

Fig. 9 ist eine vergrößerte Skizze der Umgebung der Berührungsposition des beweglichen Körpers 56 und der Nockenfläche 54. Der Mechanismus zur Erzeu­ gung der Kraftkomponente in der Axialrichtung der Nockenfläche 54 wird nach­ stehend unter Bezugnahme auf diese Zeichnung beschrieben. Die Zentrifugal­ kraft F, die auf den beweglichen Körper 56 wirkt, wird an der Berührungsstelle mit der Nockenfläche 54 in eine Komponente F₁, die längs der Nockenfläche 54 gerichtet ist, und eine Komponente F₂ zerlegt, die rechtwinklig zur Nockenfläche 54 gerichtet ist, und die Nockenfläche 54 wird durch eine Horizontalkomponente F₃ der Komponente F₂ in der Axialrichtung angetrieben.

Die Horizontalkomponente F₃ kann aus der nachstehenden Gleichung erhalten werden, die einen Neigungswinkel O der Nockenfläche 54 in bezug auf die Horizontalrichtung (der Axialrichtung der Antriebswelle 4 und der Transmissions­ welle 2) an der Berührungsstelle mit dem beweglichen Körper 56 enthält:

F₃ = F · sin θ · cos θ (4)

Wie sich aus Gleichung (4) ergibt, nimmt die Horizontalkomponente F₃ unter der Wirkung einer konstanten Zentrifugalkraft F einen Maximalwert an, wenn der Neigungswinkel θ 45° ist, und bleibt im wesentlichen konstant, wenn der Nei­ gungswinkel innerhalb eines bestimmten Bereichs um den Wert 45° herum bleibt. Außerhalb dieses Bereichs nimmt die Horizontalkomponente F₃ schnell ab, wenn der Neigungswinkel θ kleiner wird (oder größer wird). In der Erfindung hat der Neigungswinkel θ der Nockenfläche 54 in bezug auf die Achse eine solche Vertei­ lung, daß er in der Radialrichtung kontinuierlich von der Innenseite zur Außensei­ te des Nockenkörpers 50 kleiner wird, wie zuvor beschrieben, und die Änderungs­ geschwindigkeit der Horizontalkomponente F₃, die auf die Nockenfläche 54 wirkt, nimmt schnell ab, wenn sich die Berührungsstelle des beweglichen Körpers 56 in Richtung auf die Außendurchmesserseite der Nockenfläche 54 bewegt, falls der Neigungswinkel θ auf der Außenseite genügend klein eingestellt ist.

Die Zentrifugalkraft F ändert sich proportional zum Quadrat der Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 und nimmt schnell zu, wenn sich die Berührungsstelle des beweg­ lichen Körpers 56 in Richtung auf die Außendurchmesserseite der Nockenfläche 54 bewegt. Daher kann die durch Gleichung (4) gelieferte Horizontalkraft F₃ über dem gesamten Bewegungsbereich des beweglichen Körpers 56 entsprechend der Wahl des Neigungswinkels θ der Nockenfläche 54 geeignet eingestellt werden.

Da die Nockenfläche 54 den Neigungswinkel θ aufweist, wie zuvor beschrieben, nimmt die Strecke der durch die Wirkung der Horizontalkomponente Fs wie oben beschrieben verursachten Bewegung des Nockenkörpers 50 zu, wenn sich die Position des beweglichen Körpers 56 in Richtung auf die Außendurchmesserseite bewegt. Daher nimmt die Änderungsgeschwindigkeit der Strecke der durch den gegen die Nockenfläche 54 drückenden beweglichen Körper 56 verursachten Bewegung des Nockenkörpers 50 und des integral damit verbundenen Drehzahl­ änderungsrings 34 zu, wenn die Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 zunimmt.

In dem oben beschriebenen Ablauf wird die Kraftübertragung von der Antriebs­ welle 4 zur Transmissionswelle 2 wie folgt durchgeführt: Zuerst bewirkt die Dre­ hung der Antriebswelle 4, daß sich die beweglichen Körper 56 zu bewegen beginnen, und bis die beweglichen Körper 56 mit der Nockenfläche 54 in Kontakt kommen und nach dem Kontakt, bis die Komponente F₃ in der Axialrichtung, die auf die Nockenfläche 54 wirkt, die Federkraft der Spiralfedern 43 übersteigt, wird das maximale Untersetzungsverhältnis beibehalten, wie zuvor beschrieben. Danach wird die Kraftübertragung durchgeführt, während das Untersetzungs­ verhältnis verringert wird, wenn die Antriebsdrehzahl N₁ zunimmt, und die Geschwindigkeit der Verringerung des Untersetzungsverhältnisses zunimmt, wenn die Antriebsdrehzahl N₁ zunimmt.

Obwohl die Drehzahl N₂ der Transmissionswelle 2, welche die Abtriebswelle ist, zunimmt, wenn die Drehzahl N₁ zunimmt, falls die Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 niedrig ist, nimmt folglich die Geschwindigkeit der Zunahme kontinuierlich ab, nachdem die Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 einen bestimmten Wert erreicht hat. Ist die Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 hoch, so nimmt die Abtriebsdrehzahl N₂ ab, wenn die Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 zunimmt. Wie oben beschrieben und in Fig. 5 gezeigt, nimmt die von der Hydraulikpumpe 1, die durch die Drehung der Transmissionswelle 2 angetrieben wird, abgegebene Ölmenge zu, wenn die Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 zunimmt, falls die Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 niedrig ist, und nimmt umgekehrt ab, wenn die Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 zunimmt, falls die Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 hoch ist. Wie oben beschrie­ ben, ist eine solche Eigenschaft für die in einer Servolenkung verwendete Hydrau­ likpumpe 1 günstig. Wie im Falle der ersten Ausführungsform kann außerdem der Bewegungsbereich des Drehzahländerungsrings 34 mit Hilfe der Spiralfedern 43 beschränkt werden, so daß die Freiheit bei der Eigenschaftswahl vergrößert wird.

Während bei der ersten Ausführungsform die Möglichkeit besteht, daß auf den beweglichen Körper 46 und den Traghebel 45 eine Überlast wirkt, da die beweglichen Körper 46 in diesem Fall immer mit der Nockenfläche 44 in Kontakt stehen, sind der bewegliche Körper 56 und die Nockenfläche 54 in der zweiten Ausführungsform normalerweise nicht miteinander in Kontakt und werden miteinander in Kontakt gebracht, wenn die Drehzahl der Antriebswelle 4 zunimmt, so daß der bewegliche Körper 56 keine Überlast aufnimmt. Während der Drehzahländerungsring 34 in der ersten Ausführungsform dem beweglichen Körper 56 die Bewegungskraft mit Hilfe der Spiralfedern 43 mitteilt und daher die Anfangsposition des Drehzahländerungsrings 34 durch die Maßgenauigkeit vieler Teile beeinflußt wird, wie des Traghebels 45, des beweglichen Körpers 56 und der Antriebswelle 4, wird ferner in der zweiten Ausführungsform die Bewegungskraft auf das Transmissionsgehäuse 30 ausgeübt, so daß die Positionierungsgenauigkeit der Anfangsposition des Drehzahländerungsring 34 hoch ist.

Ferner kann sich der bewegliche Körper 56 in der zweiten Ausführungsform leichtgängig drehen, da der bewegliche Körper 56 mittels des Nadellagers 55 aufgesteckt ist.

Die Nockenfläche 54 in der zweiten Ausführungsform kann die Gestalt aufweisen, daß der Neigungswinkel in bezug auf die Achsen von der Innendurchmesserseite aus in Richtung auf die Außendurchmesserseite des Nockenkörpers 50 zunimmt, und außerdem kann diese Änderung des Neigungswinkels unstetig sein. Durch unstetige Änderungen des Neigungswinkels kann der Anwendungsbereich des vorliegenden Getriebes erweitert werden.

Zwar sind in den obigen Ausführungsformen Anwendungen der Hydraulikpumpe 1 zur Versorgung einer Servolenkung mit Hydrauliköl beschrieben worden; die Anwendungen der Erfindung sind aber nicht darauf beschränkt. Ferner wurden in den obigen Ausführungsformen zwar Anwendungen des stufenlosen Getriebes 3 zur Drehzahlverringerung beschrieben; das stufenlose Getriebe 3 kann aber auch zur Drehzahlerhöhung verwendet werden, und es ist unnötig zu sagen, daß die Erfindung ähnliche Wirkungen hat, wenn sie auf ein Getriebe zur Drehzahl­ erhöhung angewandt wird.

Wie oben im Detail beschrieben, wird bei dem stufenlosen Getriebe der Erfindung die Bewegung des beweglichen Körpers in der Radialrichtung, die durch die Wirkung der durch die Drehung der Antriebswelle erzeugten Zentrifugalkraft verursacht wird, in eine Bewegung in Axialrichtung des Drehzahländerungsrings des stufenlosen Getriebes vom Ringkegeltyp umgewandelt, um dadurch die Drehzahlverringerung durchzuführen. Daher kann die stufenlose Drehzahl­ verringerung entsprechend der Änderung der Antriebsdrehzahl mit einem einfachen Aufbau sicher durchgeführt werden, und gleichzeitig ist es möglich, die Abtriebsdrehzahl zu verringern, wenn die Antriebsdrehzahl zunimmt. Da die Nockenfläche zur Umwandlung der Bewegung des beweglichen Körpers in die Bewegung des Drehzahländerungsrings in der Axialrichtung an verschiedenen Positionen in der Radialrichtung, die die Bewegungsrichtung des beweglichen Körpers ist, verschiedene Neigungswinkel in bezug auf die Achse aufweist, kann außerdem ein Modus zur Vergrößerung der Abtriebsdrehzahl entsprechend der Zunahme der Antriebsdrehzahl geeignet eingestellt werden.

Falls der Neigungswinkel so eingestellt wird, daß er von der Innendurchmesser­ seite aus in Richtung auf die Außendurchmesserseite der Nockenfläche kleiner wird, ist ferner die Änderung des Untersetzungsverhältnisses für eine gegebene Bewegung des beweglichen Körpers im Bereich niedriger Drehzahl, in dem die Antriebsdrehzahl niedrig ist, klein, und die Änderung des Untersetzungsverhält­ nisses für eine gegebene Bewegung des beweglichen Körpers wird im Bereich hoher Drehzahl größer. Die Eigenschaft, daß sich die Abtriebsdrehzahl umge­ kehrt zur Änderung der Antriebsdrehzahl ändert, wie sie von Hilfsmaschinen für motorgetriebene Fahrzeuge benötigt wird, etwa einer Hydraulikpumpe zur Ver­ sorgung einer Servolenkung mit Hydrauliköl, kann somit leicht erzielt werden. Daher hat die Erfindung hervorragende Wirkungen, wie die Möglichkeit, die Antriebseigenschaften von Hilfsmaschinen für Kraftfahrzeuge frei einzustellen.

Da die Erfindung in mehreren Formen ausgeführt werden kann, ohne ihre wesent­ lichen Eigenschaften zu verlieren, sind die vorliegenden Ausführungsformen also nur erläuternd und nicht beschränkend, da der Rahmen der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die vorangegangene Beschreibung bestimmt wird, und alle Änderungen, die in den Bereich oder die Grenzen der Ansprüche fallen, oder Äquivalente dieser Bereiche und Grenzen sollen daher von den Ansprüchen mit umfaßt sein.

Claims (5)

1. Stufenloses Getriebe mit
einer Antriebswelle (4) und einer Abtriebswelle (2), die koaxial gelagert sind;
einer Antriebsscheibe (3) und einer Abtriebsscheibe (32), die an einander gegenüberliegenden Enden der Antriebswelle (4) bzw. der Abtriebswelle (2) befestigt sind;
einer Vielzahl von Planetenkegeln (33), die in der Umfangsrichtung der Antriebsscheibe (31) und der Abtriebsscheibe (32) angeordnet sind und die mit den Außenumfängen der Antriebsscheibe (31) und der Abtriebsscheibe (32) in Rollkontakt stehen;
einem in seiner Axialrichtung beweglichen Drehzahländerungsring (34), der im wesentlichen konzentrisch mit den Achsen der Antriebswelle (4) und der Abtriebswelle (2) angeordnet ist und der auf den Kegelerzeugungslinien der Planetenkegel (33), die im wesentlichen parallel zu den Achsen sind, mit allen Planetenkegeln (33) in Rollkontakt steht,
einer Vielzahl von beweglichen Körpern (46), die sich unter der Wirkung der Zentrifugalkraft auf Grund einer Drehung der Antriebswelle (4) in der Radial­ richtung der Antriebswelle (4) bewegen; und
einer mit den beweglichen Körpern (46) in Kontakt stehenden Bewegungs­ umwandlungseinrichtung zur Umwandlung der Bewegung der beweglichen Körper (46) in die Bewegung des Drehzahländerungsrings (34),
dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Vielzahl von Tragwellen (45) radial zur Antriebswelle (4) erstrecken und daß die beweglichen Körper (46) auf entsprechenden Tragwellen verschieblich angeordnet sind.

2. Stufenloses Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsumwandlungseinrichtung einen Körper (50) zur Bewegung des Dreh­ zahländerungsrings (34) in Richtung einer Drehzahlverringerung enthält; und der Körper (50) eine Nockenfläche (54) aufweist, die so angeordnet ist daß sie dem Bewegungsbereich der beweglichen Körper (46) gegenüberliegt, und die in bezug auf die Achse Neigungswinkel aufweist, die in einem Schnitt, der die Achse enthält, in der Radialrichtung verschieden sind.

3. Stufenloses Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigungswinkel der Nockenfläche (54) in bezug auf die Achse in Richtung auf einen Außenumfang der Antriebswelle (4) kleiner werden.

4. Stufenloses Getriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragwellen (45) die beweglichen Körper (46) über Lager (55) tragen.

5. Stufenloses Getriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsstrecke der Bewegungsumwandlungseinrichtung in der Axialrichtung durch ein Gehäuse (18) beschränkt ist.