DE4446426A1 - Stufenloses Toroidgetriebe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein stufenloses Toroidgetriebe ge­ mäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und insbesondere einen Kol­ benventilantriebsmechanismus, der dazu verwendet wird, das Überset­ zungsverhältnis in einem derartigen stufenlosen Toroidgetriebe zu verändern.

In einem stufenlosen Getriebe, einem sogenannten infinitesimal verän­ derlichen Getriebe (Trotrak), ist um die gemeinsame Drehachse gegen­ überliegender antriebsseitiger und abtriebsseitiger Scheiben eine toroid­ förmige Rille mit kreisförmigem Querschnitt vorgesehen, in der mehre­ re Scheiben, die als Antriebsrollen bezeichnet werden, gehalten wer­ den. Die antriebsseitige Scheibe ist mit einer Drehwelle drehfest ver­ bunden, während die abtriebsseitige Scheibe in der Weise unterstützt ist, daß sie sich um diese Welle frei drehen kann.

Die Antriebsrollen gelangen mit diesen antriebsseitigen und abtriebs­ seitigen Scheiben über die toroidförmige Rille mit kreisförmigem Querschnitt in Kontakt, so daß sich die Antriebsrollen dann, wenn sich die antriebsseitigen Scheiben drehen, aufgrund des reibschlüssigen Kontakts ebenfalls drehen, wobei diese Drehung über reibschlüssigen Kontakt an die abtriebsseitigen Scheiben übertragen wird. Die Drehzahl der Antriebsrollen ist umso höher, je größer der Abstand zwischen ihrem Kontaktpunkt mit der eingangsseitigen Scheibe und der Dreh­ achse ist. Ferner ist die Drehzahl der abtriebsseitigen Scheibe umso höher, je näher sich der Kontaktpunkt mit der abtriebsseitigen Scheibe an der Drehachse befindet. Diese Kontaktpunkte können durch Verän­ dern der Neigung der Antriebsrollen beliebig geändert werden.

Die Drehachsen der Antriebsrollen sind an einem Ende eines verlän­ gerbaren Arms unterstützt, der seinerseits so unterstützt ist, daß er sich um seine eigene Mittelachse frei drehen kann. Wenn dieser Arm ausge­ fahren wird, verändert sich der Neigungswinkel der Antriebsrollen in Abhängigkeit vom kreisförmigen Querschnitt der toroidförmigen Rille.

Das Übersetzungsverhältnis kann daher durch Steuern eines Betäti­ gungselements, das den ausfahrbaren Arm antreibt, beliebig eingestellt werden.

In Getrieben, in denen vor den antriebsseitigen Scheiben ein Mecha­ nismus zum Umschalten zwischen einem Vorwärts- und einem Rück­ wärtsantrieb durch Umkehrung der Drehrichtung vorgesehen ist, sind die Drehrichtungen der antriebsseitigen Scheiben unterschiedlich, je nachdem, ob das Fahrzeug vorwärts oder rückwärts angetrieben wird, wobei die Neigung der Antriebsrollen entsprechend eingestellt werden muß.

Beispielsweise ist aus der JP 2-163 562-A ein Mechanismus bekannt, bei dem der ausfahrbare Arm durch ein mittels Öldrucks betriebenes Betätigungselement angetrieben wird, wobei der Öldruck dem Betäti­ gungselement durch unterschiedliche Steuereinrichtungen zugeführt wird, je nachdem, ob das Fahrzeug vorwärts oder rückwärts angetrie­ ben wird.

In diesem Mechanismus wird mit dem Betätigungselement über ein Kolbenventil wahlweise eine von zwei Öldruck-Steuereinrichtungen verbunden, wobei das Kolbenventil in axialer Richtung zwischen einer Vorwärtsantriebsposition und einer Rückwärtsantriebsposition verscho­ ben wird. Das Kolbenventil wird über eine Übertragungswelle ange­ trieben, deren Bewegung mit derjenigen der Drehwelle der antriebssei­ tigen Scheibe korreliert ist, wobei an der Antriebswelle ein Kranz angebracht ist, eine Einwegkupplung die Übertragungswelle mit dem Kranz in Eingriff bringt, ein am Kranz befestigter Arm das Kolben­ ventil antreibt und ein Reibungs-Drehmomentübertragungsmechanismus vorgesehen ist, der ein Drehmoment innerhalb vorgegebener Grenzen zwischen dem Kranz und dem Arm überträgt.

Die Einwegkupplung dreht sich frei, wenn sich die Übertragungswelle in Vorwärtsantriebsrichtung dreht, während sie verriegelt ist, wenn sich die Übertragungswelle in Rückwärtsantriebsrichtung dreht. Das Drehmoment der Übertragungswelle wird daher an den Kranz nur übertragen, wenn das Fahrzeug in Rückwärtsrichtung angetrieben wird. Der Drehmomentübertragungsmechanismus ist mit einer Gleitoberflä­ che versehen, die unter der Wirkung eines Drehmoments, das größer als ein vorgegebener Grenzwert ist, gleitet. Das Kolbenventil wird in der Vorwärtsantriebsposition durch eine Feder gehalten, wobei dann, wenn ein Rückwärtsantrieb gewünscht ist, der Arm, der durch den Kranz angetrieben wird, das Kolbenventil entgegen der Federkraft in die Rückwärtsantriebsposition bewegt.

Der Arm, der das Kolbenventil in die Rückwärtsantriebsposition ange­ trieben hat, bewegt sich aufgrund der Gleitbewegung der Gleitoberflä­ che des Drehmomentübertragungsmechanismus nicht weiter, so daß der Kolben in der Rückwärtsantriebsposition gehalten wird.

Wenn jedoch die Übertragungswelle ihre Drehrichtung zum Vorwärts­ antrieb ändert, dreht sich die Einwegkupplung frei, wird der Arm nicht mit dem Drehmoment beaufschlagt und geht die Kolbenantriebskraft verloren. Daher bewegt sich der Kolben, der durch die Feder vorbela­ stet ist, in die Vorwärtsantriebsposition.

In diesem Umschaltmechanismus wird der Kolben mit dem Ende des Arms angetrieben, wobei das Arm-Antriebsdrehmoment von der Über­ tragungswelle geliefert wird. Der Drehmomentübertragungsmechanis­ mus befindet sich zwischen der Basis des Arms und dem Kranz. Da sich der Arm näher an der Übertragungswelle als am Wirkpunkt der auf den Kolben wirkenden Kraft befindet, muß die Gleitreibung der Gleitoberfläche des Drehmomentübertragungsmechanismus auf einen erheblich höheren Wert eingestellt werden, um das für den Arm erfor­ derliche Drehmoment zu übertragen. Wenn diese Gleitreibung jedoch auf einen zu hohen Wert eingestellt ist, erfährt die Gleitoberfläche wegen des Gleitvorgangs einen hohen Verschleiß, wenn das Fahrzeug in Rückwartsrichtung angetrieben wird, so daß ihre Lebensdauer gering ist.

Darüber hinaus erfordert dieser Mechanismus komplexe Strukturen wie etwa die Einwegkupplung, außerdem befinden sich zwischen der Übertragungswelle und dem Kolbenventil zu viele Teile.

Ferner muß bei der Anordnung des Kolbenventils am Übertragungsme­ chanismus der Arm zurückgezogen werden, damit er durch das Kol­ benventil nicht beschädigt wird, wodurch die Montageprozedur ver­ hältnismäßig schwierig ist.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein stufenloses Toroidgetriebe zu schaffen, bei dem der Verschleiß der gleitenden Teile, die im Antriebsmechanismus des Kolbenventils verwendet wer­ den, reduziert ist, bei dem der Drehmomentübertragungsmechanismus eine einfache Konstruktion besitzt und bei dem die Montageprozedur des Drehmomentübertragungsmechanismus einfach ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein stufenloses Toroidgetriebe der gattungsgemäßen Art, das die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale besitzt.

Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines stufenlosen Getriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils des erfindungs­ gemäßen stufenlosen Getriebes längs der Mittellinie der Übertragungswelle;

Fig. 3 eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils des erfindungs­ gemäßen stufenlosen Getriebes längs einer Mittelachse des Kolbenventils;

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht eines Teils von Fig. 3;

Fig. 5 eine horizontale Schnittansicht des Kolbenventils und einer Drehanschlagplatte gemäß der vorliegenden Erfindung längs der Linie V-V in Fig. 4;

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines weiteren Entwurfs eines Antriebszahnrades und eines angetriebenen Zahnrades gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines weiteren Entwurfs des Antriebszahnrades und des angetriebenen Zahnrades;

Fig. 8 eine Ansicht ähnlich derjenigen von Fig. 4, in der jedoch eine zweite Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht einer Konuskupplung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 10 eine Schnittansicht der Konuskupplung und eines Ventilkör­ perendes gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung längs der Linie X-X in Fig. 8.

Zunächst wird mit Bezug auf Fig. 1 ein stufenloses Toroidgetriebe für Fahrzeuge beschrieben, das einen Drehmomentwandler 112, einen Vorwärts-/Rückwärtsantrieb-Umschaltmechanismus 13 und zwei Sätze von Toroidrädern 22, 24 aufweist.

Der Drehmomentwandler 112 enthält ein Pumpenrad 112a, das mit der Kurbelwelle 72 des Motors drehfest verbunden ist, ein Turbinengehäu­ se 112b, einen Starter 112c und eine Überbrückungskupplung 112d.

Entsprechend den Öldrücken in einer beaufschlagungsseitigen Ölkam­ mer 112e und in einer entlastungsseitigen Ölkammer 112f bringt die Überbrückungskupplung 112d das Pumpenrad 112a und das Turbinen­ gehäuse 112b in mechanischen Eingriff oder löst diesen Eingriff. Eine Turbinenwelle 26 des Drehmomentwandlers 112 ist mit dem Turbinen­ gehäuse 112b drehfest verbunden. Der Vorwärts-/Rückwärtsantrieb- Umschaltmechanismus 13 und Toroidräder 22, 24 sind im selben Ge­ häuse 11 untergebracht.

Die Turbinenwelle 26 ist mit dem Vorwärts-/Rückwärtsantrieb-Um­ schaltmechanismus 13 in Eingriff. Der Vorwärts-/Rückwärtsantrieb- Umschaltmechanismus 13 ist mit einem Planetenradmechanismus 17, einer Vorwärtskupplung 44 und einer Rückwärtsbremse 46 versehen.

Der Planetenradmechanismus 17 enthält ein Sonnenrad 19, das mit der Turbinenwelle 26 drehfest verbunden ist, einen Ritzelträger 25, der zwei Ritzel 21 und 23 trägt, sowie ein Innenzahnrad 27. Die Ritzel 21 und 23 besitzen den gleichen Radius und sind in gegenseitigem Ein­ griff. Das Ritzel 21 ist mit dem Innenzahnrad 27 in Eingriff, während das Ritzel 23 mit dem Sonnenrad 19 in Eingriff ist. Der Ritzelträger 25 ist an einer Getriebewelle 37 befestigt. Die Vorwärtskupplung 44 ver­ bindet und löst den Ritzelträger 25 und die Turbinenwelle 26. Die Rückwärtsbremse 46 verriegelt das Innenzahnrad 27 mit dem Gehäuse 11, wenn der Mechanismus entsprechend betätigt wird. Wenn daher die Vorwärtskupplung 44 eingekuppelt ist und die Rückwärtsbremse 46 gelöst ist, wird eine Drehung in der gleichen Richtung wie diejenige der Kupplungswelle 72 zur Getriebewelle 37 übertragen. Wenn die Vorwärtskupplung 44 ausgekuppelt ist und die Rückwärtsbremse 46 angezogen ist, wird eine Drehung in der entgegengesetzten Richtung zur Getriebewelle 37 übertragen.

In der Nähe des Vorwärts-/Rückwärtsantrieb-Umschaltmechanismus 13 befindet sich ein erstes Toroidrad 22, ferner befindet sich in der Nähe des ersten Toroidrades 22 ein zweites Toroidrad 24.

Das erste Toroidrad 22 enthält eine antriebsseitige Scheibe, eine ab­ triebsseitige Scheibe 14 sowie ein Paar von scheibenförmigen Antriebs­ rollen 30, die eine Drehung von der antriebsseitigen Scheibe 12 zur abtriebsseitigen Scheibe 14 übertragen. Die antriebsseitige Scheibe 12 ist an einer antriebsseitigen Welle 10 mittels einer Keilnut 50 befestigt, während die abtriebsseitige Scheibe 14 so unterstützt ist, daß sie sich auf der antriebsseitigen Welle 10 frei drehen kann. Um die antriebssei­ tige Welle 10 ist an einander zugewandten Seiten der antriebsseitige Scheibe 12 bzw. der abtriebsseitigen Scheibe 14 eine Toroidrille aus­ gebildet. Diese Toroidrille besitzt kreisförmigen Querschnitt, wobei die Antriebsrollen 30 zwischen der antriebsseitigen Scheibe 12 und der abtriebsseitigen Scheibe 14, die die Seitenwände der toroidförmigen Rille bilden, ergriffen und in Kontakt gehalten werden.

An der der Toroidrille gegenüberliegenden Seite ist die antriebsseitige Scheibe 12 durch eine Trageinheit 66 unterstützt. Die Trageinheit 66 unterstützt die antriebsseitige Scheibe 12 in der Weise, daß sie sich mittels eines Flansches 52 und einer Rolle 54 frei drehen kann, wobei der Flansch 52 und die Rolle 54 ihrerseits an der antriebsseitigen Welle 10 mittels eines Axiallagers 55 in der Weise unterstützt sind, daß sie sich relativ zur Welle 10 frei drehen können. Diese Einheit 66 übt außerdem auf die antriebsseitige Scheibe 12 entsprechend der Drehzahl dieser Scheibe eine axiale Kraft aus.

Das zweite Toroidrad 24 umfaßt eine antriebsseitige Scheibe 16, eine abtriebsseitige Scheibe 18 und Antriebsrollen 36. Die Konstruktion dieses zweiten Toroidrades 24 gleicht derjenigen des ersten Toroidra­ des 22, ihre Komponenten sind jedoch mit entgegengesetzter Orientie­ rung angeordnet, so daß die abtriebsseitige Scheibe 18 in der Nähe der abtriebsseitigen Scheibe 14 des ersten Toroidrades 22 unterstützt ist, derart, daß sie sich um die antriebsseitige Welle 10 frei drehen kann. Die antriebsseitige Scheibe 16 ist an der antriebsseitigen Welle 10 mit­ tels einer Keilnut 56 befestigt.

Zwischen die antriebsseitige Scheibe 16 und das die antriebsseitige Welle 10 unterstützende Gehäuse 11 ist eine Tellerfeder 58 eingefügt.

Daher wirkt eine in der Trageinheit 66 erzeugte Kraft in axialer Rich­ tung auf die Eingangsscheibe 12 und außerdem über die antriebsseitige Welle 10 und die Tellerfeder 58 in entgegengesetzter Richtung auf die eingangsseitige Scheibe 16. Die Antriebsrollen 30, 36 werden daher zwischen den antriebsseitigen Scheiben 12, 16 und den abtriebsseitigen Scheiben 14, 18 im ersten Toroidrad 22 bzw. im zweiten Toroidrad 24 elastisch ergriffen.

Die abtriebsseitigen Scheiben 14, 18 sind über eine Keilnut mit einem abtriebsseitigen Zahnrad 60, das an der antriebsseitigen Welle 10 frei drehbar unterstützt ist, verbunden. Das abtriebsseitige Zahnrad 60 ist mit einem antriebsseitigen Zahnrad 64 in Eingriff, welches seinerseits mit dem Ende einer Übertragungswelle 62 verbunden ist, die im Ge­ häuse 11 parallel zur eingangsseitigen Welle 10 angeordnet ist, wobei die Drehung der eingangsseitigen Welle 10 zur Übertragungswelle 62 übertragen wird. Mit dem anderen Ende der Übertragungswelle 62 ist ein Zahnrad 67 verbunden. Mit diesem Zahnrad 67 ist ein Leerlaufrad 69 verbunden, das seinerseits mit einem an der abtriebsseitigen Welle 70 befestigten Zahnrad 71 in Eingriff ist. Die Drehung der abtriebssei­ tigen Scheiben 14, 18 wird dadurch zur abtriebsseitigen Welle 70 übertragen. Die abtriebsseitige Welle 70 treibt die Räder des Fahrzeu­ ges an.

Das Paar von Antriebsrollen 30 (36) ist an symmetrischen Positionen um die antriebsseitige Welle 10 angeordnet. Die Neigungswinkel der Antriebsrollen 30 (36) werden über nicht gezeigte Steuerventile und hydraulische Betätigungselemente verändert, wobei die Drehung der antriebsseitigen Scheibe 12 (16) stufenlos verändert und zur abtriebs­ seitigen Scheibe 14 (18) übertragen wird. Die Konstruktionen dieser Steuerventile und hydraulischen Betätigungselemente sind aus der JP 2- 163 562-A und aus der JP 63-92 859-A bekannt, wobei den Betäti­ gungselementen über getrennte Steuerventile, die für den Vorwärtsan­ trieb und den Rückwärtsantrieb des Fahrzeugs vorgesehen ist, Ar­ beitsöl zugeführt wird. Im Gehäuse 11 ist, wie in Fig. 3 gezeigt, ein Kolbenventil 80 vorgesehen, das dazu dient, diese Steuerventile umzu­ schalten, wenn das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung oder in Rückwärts­ richtung angetrieben wird.

Das Kolbenventil 80 umfaßt einen Kolben 84, der sich in axialer Rich­ tung zwischen einer Vorwärtsantriebsposition und einer Rückwärtsan­ triebsposition verschiebt, wobei entsprechend der Position des Kolbens 84 Öl von einer nicht gezeigten Pumpe dem einen oder dem anderen der Steuerventile zugeführt wird. Der Kolben 84 kann an der inneren Oberfläche einer im Gehäuse 11 vorgesehenen Buchse 82 frei gleiten, wobei seine Grundfläche von einer Feder 86 vorbelastet ist. Der Kol­ ben 84 wird dadurch in axialer Richtung geschoben, so daß sein vorde­ rer Abschnitt mit kleinerem Durchmesser aus der Buchse 82 vorsteht. Der Kolben 84 ist im wesentlichen senkrecht zur Übertragungswelle 62 orientiert. Die Grundfläche des Spitzenabschnitts besitzt elliptischen Querschnitt, wie in Fig. 5 gezeigt ist, wobei eine Anschlagplatte 104 mit einer Kerbe, die an die äußere Umfangsfläche des Kolbens 84 angepaßt ist, an der Öffnung der Buchse 82, aus der der Kolben 84 vorsteht, befestigt ist, um die Drehung des Kolbens 84 zu begrenzen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wie in Fig. 2 gezeigt, ein Übertragungsmechanismus 90 dazu verwendet, den Kolben 84 in axialer Richtung zwischen der Vorwärtsantriebsposition und der Rück­ wärtsantriebsposition entsprechend der Antriebsrichtung des Fahrzeugs zu verschieben.

Der Übertragungsmechanismus 90 ist mit einem Antriebszahnrad 92, das an einem Ende der Übertragungswelle 62 ausgebildet ist, versehen. Das Antriebszahnrad 92 besitzt eine schraubenlinienförmige Zahnung und ist mit einem angetriebenen Zahnrad 94 in Eingriff, das am Spit­ zenabschnitt des Kolbens 84 befestigt ist.

Wie in Fig. 4 gezeigt, ist das angetriebene Zahnrad 84 an die äußere Umfangsfläche des Kolbenspitzenabschnitts angepaßt, wobei seine Verschiebung in axialer Richtung zum Ende des Spitzenabschnitts durch einen Sprengring 100 begrenzt ist, der am Kolben 84 über eine Beilagscheibe 98 befestigt ist. Die Grundfläche des angetriebenen Zahnrades 94 ist durch eine Tellerfeder 96 und einen weiteren Spreng­ ring 102 elastisch unterstützt. Dadurch wird das angetriebene Zahnrad 94 durch die Tellerfeder 96 und die Beilagscheibe 98 elastisch gehal­ ten.

Das angetriebene Zahnrad 94 dreht sich aufgrund der vertikalen Kraft, die auf die Zahnung wirkt, welche mit derjenigen des Antriebszahnra­ des 92 in Eingriff ist, um den Kolben 84. Außerdem wird das angetrie­ bene Zahnrad 94 durch eine Reibungskraft, die auf die Zahnung in senkrechter Richtung wirkt, in axialer Richtung geschoben.

Wenn das Fahrzeug in Rückwärtsrichtung angetrieben wird, dreht sich das Antriebszahnrad 92 entsprechend der Drehung der Übertragungs­ welle 62 in Rückwärtsantriebsrichtung, d. h. in Fig. 3 entgegen dem Uhrzeigersinn, wodurch das angetriebene Zahnrad 94 gedreht wird. Dann wird im Eingriffsbereich des Antriebszahnrades 92 und des angetriebenen Zahnrades 94 eine zur vertikalen Kraft der Zahnung proportionale Reibungskraft erzeugt, die das angetriebene Zahnrad 94 in Fig. 3 nach rechts antreibt. Somit wirkt über die Tellerfeder 96 und die Beilagscheibe 102 auf den Kolben 84 in axialer Richtung eine Kraft, so daß sich der Kolben 84 entgegen der Kraft der Feder 86 in Fig. 3 nach rechts bewegt.

Wenn die Beilagscheibe 102 mit der Anschlagplatte 104 in Kontakt gelangt, wird jede weitere Verschiebung des Kolbens 84 verhindert. Diese Position ist die Rückwärtsantriebsposition des Kolbens 84.

Unter der Voraussetzung, daß die Rückwärtsantriebsdrehung der Übertragungswelle 62 fortgesetzt wird, wird das angetriebene Zahnrad 94 durch das Antriebszahnrad 92 weiterhin gedreht, ferner wird das angetriebene Zahnrad 94 aufgrund der reibschlüssigen Verbindung der Zahnung weiterhin gegen die Anschlagplatte 104 gepreßt. Das ange­ triebene Zahnrad 94, für das jede weitere Verschiebung in axialer Richtung durch die Anschlagplatte 104 verhindert wird, wird dann in der Rückwärtsantriebsposition gehalten, indem es gedreht wird und gegen die Zahnung des Antriebszahnrades 92 gleitet.

Wenn das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung angetrieben wird, dreht sich andererseits das Antriebszahnrad 92 aufgrund der Drehung der Über­ tragungswelle 62 in Vorwärtsantriebsrichtung in Fig. 3 im Uhrzeiger­ sinn, während sich das angetriebene Zahnrad 94 in der in bezug auf den Rückwärtsantrieb entgegengesetzten Richtung dreht. Die Rei­ bungskraft der Zähne wirkt dann auf das angetriebene Zahnrad 94 in der in bezug auf den Rückwärtsantrieb entgegengesetzten Richtung, so daß die Strecke, um den der Kolbenvorsprung von der Buchse vorsteht, zunimmt, wobei sich der Kolben 84, wenn er durch die Feder 86 in die gleiche Richtung geschoben wird, sofort in die Vorwärtsantriebsposi­ tion bewegt, in der eine am Kolben ausgebildete Stufe mit dem Buchsenende in Kontakt ist. In dieser Position wird jede weitere Verschiebung des Kolbens 84 verhindert. Die Drehung des angetriebe­ nen Zahnrades 94 durch das Antriebszahnrad 92 wird fortgesetzt, au­ ßerdem wird zwischen den Zahnungsoberflächen und den Zahnrädern eine Gleitreibung erzeugt.

Die Verformung der Tellerfeder 96 ist in der Vorwärtsantriebsposition und in der Rückwärtsantriebsposition verschieden, wobei die Federlast in der Vorwärtsantriebsposition am kleinsten ist. Der Reibungswider­ stand zwischen der Tellerfeder 96, dem angetriebenen Zahnrad 94 und der Beilagscheibe 98 ist dann am niedrigsten, wobei dann, wenn der Drehwiderstand des angetriebenen Zahnrades 94 minimal ist, die auf diesem Widerstand basierende Gleitreibungskraft ebenfalls minimal ist. Daher wird durch Halten des angetriebenen Zahnrades 94 in dieser Position während der Zeit, in der das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung angetrieben wird und die viel länger ist als die Zeit, während der das Fahrzeug in Rückwärtsrichtung angetrieben wird, der Verschleiß zwi­ schen der Zahnung des Antriebszahnrades 92 und der Zahnung des angetriebenen Zahnrades 94 auf ein minimales Ausmaß gedrückt.

Wenn das Fahrzeug in Rückwärtsrichtung angetrieben wird, ist der Drehwiderstand des angetriebenen Zahnrades 94 wegen der Kompres­ sion der Tellerfeder 96 größer als bei in Vorwärtsrichtung angetriebe­ nem Fahrzeug. Um ferner den Kolben 84 gegen die Last der Feder 86 in seine Rückwärtsantriebsposition zu bewegen oder in dieser zu hal­ ten, ist eine große Antriebskraft in axialer Richtung erforderlich. Die zwischen der Zahnung des Antriebszahnrades 92 und des angetriebenen Zahnrades 94 wirkende Reibungskraft nimmt dann im Vergleich zu der Kraft, die bei in Vorwärtsrichtung angetriebenem Fahrzeug wirkt, zu. Da jedoch die Zeitdauer, in der das Fahrzeug in Rückwärtsrichtung angetrieben wird, weit geringer ist als die Zeitdauer, in der es in Vor­ wärtsrichtung angetrieben wird, besteht keine Gefahr eines Verschlei­ ßes zwischen der Zahnung des Antriebszahnrades 92 und derjenigen des angetriebenen Zahnrades 94 aufgrund der Reibung, wenn das Fahrzeug in Rückwärtsrichtung angetrieben wird.

In dem eingangs erwähnten Mechanismus des Standes der Technik wird für den Antrieb des Kolbens ein Arm verwendet, wobei wegen der Tatsache, daß sich der Bereich, in dem die Gleitreibung erzeugt wird, näher als der Wirkpunkt der Kraft an der Antriebsachse befindet, muß die eingestellte Reibungskraft in diesem Bereich größer als die im Wirkpunkt erforderliche Kraft sein.

Im Antriebsmechanismus der vorliegenden Erfindung wird die Gleit­ reibung jedoch in dem Punkt erzeugt, in dem die Übertragungswelle 62 auf den Kolben 84 eine Kraft ausübt. Daher besteht nicht die Notwen­ digkeit einer Erhöhung der Reibung, so daß die Reibungskraft zwi­ schen dem Antriebszahnrad 92 und dem angetriebenen Zahnrad 94 niedriger als die Reibungskraft zwischen den aneinander reibenden Teilen des Mechanismus des Standes der Technik eingestellt werden kann. Da ferner kein Arm verwendet wird, wird kein Geräusch er­ zeugt, das durch den auf die Kante des Kolbens schlagenden Arm verursacht wird, so daß das Betriebsgeräusch reduziert wird.

Darüber hinaus muß das angetriebene Zahnrad 94 keine Drehkraft übertragen, ferner wird die Montage dieser Teile einfacher gestaltet, falls zwischen dem Antriebszahnrad 92 und dem angetriebenen Zahn­ rad 94 ein großes Spiel vorgesehen wird.

In der obenbeschriebenen Ausführungsform sind das Antriebszahnrad 92 und das angetriebene Zahnrad 94 in der Weise angeordnet, daß sie miteinander im wesentlichen in rechten Winkeln in Kontakt gelangen, der Kontaktwinkel kann jedoch auf einen von einem rechten Winkel verschiedenen Winkel eingestellt werden, indem die Form der Zahnung der Zahnräder wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt abgewandelt wird. Es ist jede Struktur möglich, vorausgesetzt, daß zwischen dem Antriebszahn­ rad 92 und dem angetriebenen Zahnrad 94 in axialer Richtung durch die Drehung des Antriebszahnrades 92 eine Gleitreibung erzeugt wird.

In den Fig. 8 bis 10 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt.

Gemäß dieser zweiten Ausführungsform wird anstelle der Tellerfeder 96 und der Beilagscheibe 102 eine konisch geformte Reibungskupplung 110 verwendet. Die Kupplung 110 besitzt eine konische Oberfläche 110a, deren Radius an der Spitze einer Welle 110b groß ist, wie in Fig. 9 gezeigt ist, wobei diese Oberfläche über die äußere Umfangsfläche des Kolbens 84 vorsteht. Die Welle 110b besitzt kreisförmigen Quer­ schnitt, wobei der Kreis an gegenüberliegenden Seiten abgeschnitten ist, wodurch zwei parallele gerade Kanten gebildet werden. Diese Kanten gleiten in Kontakt mit einem Schlitz 114a, der an der Aus­ laßöffnung der Buchse 114 ausgebildet ist, wodurch die Drehung der Welle 110b beschränkt wird und nur deren Verschiebung in axialer Richtung ermöglicht wird. An der Auslaßöffnung der Buchse 114 ist ferner ein Anschlag 118 vorgesehen, der einen Schlitz aufweist, dessen Form mit derjenigen des Schlitzes 114a übereinstimmt.

Über der äußeren Umfangsfläche des Spitzenabschnitts des Kolbens 84, der durch die Kupplung 110 verläuft, ist ein angetriebenes Zahnrad 122 angebracht. Das angetriebene Zahnrad 122 besitzt eine mit einer koni­ schen Oberfläche versehene Aussparung, die über die konische Ober­ fläche 110a der Kupplung 110 gleitet, wobei das angetriebene Zahnrad 122 zwischen der konischen Oberfläche 110a und einer Beilagscheibe 121 ergriffen wird. Das Ende des Spitzenabschnitts des Kolbens 84 verläuft durch das angetriebene Zahnrad 122, wobei im Gehäuse 11 an einer dem Ende des Spitzenabschnitts gegenüberliegenden Position ein Anschlag 120 vorgesehen ist. Die Welle 110b der Kupplung 110 ist länger als der Hubweg des Kolbens 84. Daher bewegt sich der Kolben 84 in axialer Richtung zwischen einer Vorwärtsantriebsposition, in der sein Ende mit dem Anschlag 120 in Kontakt gelangt, und einer Rück­ wärtsantriebsposition, in der die Stufe zwischen der konischen Oberflä­ che 110a der Kupplung und der Welle 110b mit dem Anschlag 118 in Kontakt gelangt, der an der Buchsenöffnung angebracht ist. Die übrige Konstruktion ist derjenigen der obenbeschriebenen ersten Ausführungs­ form völlig gleich.

Wenn das Fahrzeug in Rückwärtsrichtung angetrieben wird, dreht sich das Antriebszahnrad 92 wie in der ersten Ausführungsform in Fig. 8 entgegen dem Uhrzeigersinn, während sich das angetriebene Zahnrad 122 um den Kolben 84 dreht und auf die Zahnung des angetriebenen Zahnrades 122 eine Reibungskraft wirkt. Durch diese Reibungskraft wird der Kolben 84 über die Kupplung 110 entgegen der Kraft der Feder 86 in die Rückwärtsantriebsposition verschoben. In der Rück­ wärtsantriebsposition gelangt die Stufe zwischen der konischen Ober­ fläche 110a und der Welle 110b der Kupplung 110 mit dem Anschlag 118 in Kontakt, wodurch eine weitere Verschiebung des Kolbens 84 beschränkt wird.

In Abhängigkeit von der Spannung der Feder 86 wirkt zwischen der Aussparung des angetriebenen Zahnrades 122 und der konischen Ober­ fläche 110a der Kupplung 110 in axialer Richtung eine Kraft, weshalb sich das angetriebene Zahnrad 122 gegen die auf dieser Kontaktober­ fläche erzeugte Gleitreibung dreht. Der Kolben 84 wird durch die Reibungskraft der Zahnung in seiner Rückwärtsantriebsposition gehal­ ten, wenn das Fahrzeug in Rückwärtsrichtung angetrieben wird.

Wenn das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung angetrieben wird, dreht sich das angetriebene Zahnrad 122 aufgrund der Drehung des Antriebszahn­ rades 92 im Uhrzeigersinn in Fig. 8 in der in bezug auf den Rück­ wärtsantrieb entgegengesetzten Richtung, wobei der Kolben 84 durch die auf die Zahnung des angetriebenen Zahnrades 122 wirkende Rei­ bungskraft in einer Richtung verschoben wird, in der er aus der Buchse 114 bewegt würde. Diese Verschiebung endet in der Vorwärtsantriebs­ position, wenn das Ende des Kolbens 84 mit dem Anschlag 120 in Kontakt gelangt. Dann schiebt das Antriebszahnrad 192 das angetrie­ bene Zahnrad 122 in die gleiche Richtung, wobei der Kolben 84 in der Vorwärtsantriebsposition gehalten wird, wenn das Fahrzeug in Vor­ wärtsrichtung angetrieben wird. Da in dieser Position die Feder 86 gedehnt ist, ist die auf den Kolben 84 wirkende axiale Kraft gering, außerdem ist die Reibungskraft zwischen der Aussparung des angetrie­ benen Zahnrades 122 und der konischen Oberfläche 110b der Kupplung 110 gering. Deshalb besteht für das angetriebene Zahnrad 122 ein geringer Drehwiderstand, ferner ist die Gleitreibung, die zwischen der Zahnung des Antriebszahnrades 92 und derjenigen des angetriebenen Zahnrades 122 erzeugt wird, gering.

Auch in dieser Ausführungsform ist die Reibung, die während der Zeitdauer erzeugt wird, in der das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung ange­ trieben wird, gering, wobei wegen der Tatsache, daß diese Zeitdauer viel länger ist als die Zeitdauer, in der das Fahrzeug in Rückwärtsrich­ tung angetrieben wird, der Verschleiß der Teile minimal ist.

Anstatt des Anschlags 120 für die Begrenzung der Verschiebung des Kolbens 84 kann diese Verschiebung auch durch Vorsehen von Stufen am Kolben 84, die mit dem Ende der Buchse in Kontakt gelangen, begrenzt werden.

Claims (4)

1. Stufenloser Toroidgetriebemechanismus für Fahrzeuge, mit einer antriebsseitigen Welle (10), die durch das Fahrzeugan­ triebssystem gedreht wird,
einer antriebsseitigen Scheibe (12, 16), die an der antriebs­ seitigen Welle (10) befestigt ist,
einer Einrichtung (13), die die Drehrichtung der antriebssei­ tigen Welle (10) umschaltet,
einer abtriebsseitigen Scheibe (14, 18), die in der Weise unterstützt ist, daß sie sich in der Nähe der antriebsseitigen Scheibe (12, 16) um die antriebsseitige Welle (10) frei drehen kann, wobei die Drehrichtung der abtriebsseitigen Scheibe (14, 18) dem Antrieb des Fahrzeugs in Vorwärtsrichtung bzw. in Rückwärtsrichtung entspricht,
einer toroidförmigen Rille mit kreisförmigem Querschnitt, die durch Oberflächen der die antriebsseitige Welle (10) umgebenden Scheiben (12, 14, 16, 18) ausgebildet ist,
einer scheibenförmigen Antriebsrolle (30, 36), die mit der toroidförmigen Rille in Eingriff ist,
einem Betätigungselement, das den Neigungswinkel der Antriebsrolle (30, 36) verändert,
einer getrennten Steuereinrichtung, die das Betätigungsele­ ment für den Antrieb des Fahrzeugs in Vorwärtsrichtung bzw. in Rückwärtsrichtung steuert,
einem Kolben (84), der sich in axialer Richtung zwischen einer Vorwärtsantriebsposition und einer Rückwärtsantriebsposition verschiebt, um die Steuereinrichtung umzuschalten, und
einer Einrichtung (90), die den Kolben (84) zwischen diesen Positionen in Übereinstimmung mit der Drehrichtung der abtriebsseiti­ gen Scheibe (14, 18) verschiebt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebungseinrich­ tung (90) enthält:
eine Übertragungswelle (62), die sich synchron mit der abtriebsseitigen Scheibe (14,18) dreht,
ein Antriebszahnrad (92), das an der Übertragungswelle (62) befestigt ist,
ein angetriebenes Zahnrad (94, 122), das sich aufgrund des Eingriffs mit dem Antriebszahnrad (92) dreht und auf das aufgrund dieses Eingriffs außerdem eine Gleitreibungskraft in axialer Richtung übertragen wird, und
eine Einrichtung, die das angetriebene Zahnrad (94) auf dem Kolben (84) unterstützt, derart, daß eine axiale Verschiebung des ange­ triebenen Zahnrades (94) begrenzt ist, während seine Drehung erlaubt ist.

2. Stufenloser Toroidgetriebemechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebungseinrichtung (90) eine Einrichtung (86) enthält, die den Kolben (84) in die Vorwärtsantriebsposition vorbela­ stet.

3. Stufenloser Toroidgetriebemechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstützungseinrichtung eine Feder (96), die das ange­ triebene Zahnrad (94) entgegen der in Richtung zur Rückwärtsantriebs­ position wirkenden Reibungskraft unterstützt, sowie ein Element (98) enthält, das am Kolben (84) befestigt ist, derart, daß das angetriebene Zahnrad (94) von dem Element (98) und der Feder (96) ergriffen wird.

4. Stufenloser Toroidgetriebemechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Unterstützungseinrichtung eine Reibungskupplung (110), die am Kolben (84) befestigt ist und eine mit dem Kolben (84) koaxiale konische Reibungsoberfläche (110a) besitzt, die in die Vorwärts­ antriebsposition orientiert ist, sowie ein Element enthält, das am Kol­ ben (84) befestigt ist, derart, daß das angetriebene Zahnrad (122) von dem Element (121) und der Reibungsoberfläche (110a) ergriffen wird, und
das angetriebene Zahnrad (122) eine konische Oberfläche besitzt, die an die Reibungsoberfläche (110a) angepaßt ist.