DE60000438T2

DE60000438T2 - Getriebeeinheit mit stufenloser drehzahländerung

Info

Publication number: DE60000438T2
Application number: DE60000438T
Authority: DE
Inventors: Gerardus Holweg; Jan Kapaan; Albertus Van Winden; Jan Vries; Jacobus Zwarts
Original assignee: SKF Engineering and Research Centre BV
Current assignee: SKF Engineering and Research Centre BV
Priority date: 1999-02-17
Filing date: 2000-02-11
Publication date: 2003-01-09
Anticipated expiration: 2020-02-12
Also published as: CN1114773C; WO2000049313A1; AU2699000A; DE60000438D1; NL1011319C2; US6626778B1; CN1340139A; EP1151215A1; JP2002537529A; KR20010102123A; EP1151215B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine stufenlos verstellbare Getriebeeinheit, mit zwei Antriebsscheibensätzen, die jeweils aus einem Paar von Scheiben bestehen, einer Tragwelle und einem Schraubenmechanismus, wobei jeder Schraubenmechanismus in Bezug auf die jeweilige Tragwelle konzentrisch ist, um die Scheiben des entsprechenden Antriebsscheibensatzes zueinander und voneinander weg zu bewegen, wobei jedes Paar von Scheiben eine V-förmige Nut umschließt, wobei sich ein endloses flexibles Element zwischen den Antriebsscheibensätzen erstreckt und in deren Nuten aufgenommen ist, und wobei der Schraubenmechanismus durch eine Steuereinrichtung steuerbar ist.
Eine derartige stufenlos verstellbare Getriebeeinheit ist in der EP-A-582307 beschrieben. Diese aus dem Stand der Technik bekannte, stufenlos verstellbare Getriebeeinheit weist den Nachteil auf, daß ihre Gesamtabmessungen groß sind, was insbesondere im Kraftfahrzeugbereich ungünstig ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine stufenlos verstellbare Getriebeeinheit bereitzustellen, die den genannten Nachteil nicht aufweist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jeder Schraubenmechanismus in einer Bohrung in der entsprechenden Tragwelle aufgenommen ist. Der Schraubenmechanismus wirkt mit der genannten zumindest einen der Scheiben durch zumindest eine Längsöffnung zusammen, die sich von der Bohrung in Richtung auf den äußeren Umfang der genannten. Tragwelle erstreckt.
Dadurch, daß der Schraubenmechanismus konzentrisch innerhalb der Welle angeordnet ist, werden die Gesamtabmessungen der Einheit reduziert. Darüber hinaus ist die einstellende Klemmkraft, die durch den Schraubenmechanismus aufgebracht wird, auch zentral im Hinblick auf die Scheiben, wodurch ein direkter Antrieb ohne Spiel bereitgestellt wird. Dadurch können die Verlagerungen der Scheiben auf eine gut definierte Art und Weise gesteuert werden, wodurch die Genauigkeit des Übertragungsverhältnisses verbessert wird.
Die Antriebsscheiben weisen einen Schraubenmechanismus auf, der aus zwei Schraubenbetätigungen besteht, die einander entgegengerichtete Schraubgewindewinkel aufweisen, wobei jede einzelne Schraubenbetätigung jeweils mit einer Scheibe zusammenwirkt. Die Scheiben der Antriebsscheibensätze können dann symmetrisch verlagert werden. Als ein Ergebnis hiervon werden keine Verlagerungen in Querrichtung auf den Gurt übertragen. Daher wird der Gurt symmetrisch in Bezug auf die Symmetrieebene der Antriebsscheibensätze belastet, was zu einer längeren Lebensdauer des Getriebes führt.
Als ein Ergebnis des Umstands, daß beide Scheiben bewegt werden können, beträgt darüber hinaus die gesamte Verlagerung jeder einzelnen Scheibe lediglich die Hälfte des Abstands, über den die bewegbare Scheibe in einem Fall verlagert werden muß, in dem die andere Scheibe feststehend angeordnet ist, wie dies gemäß der EP-A-582307 der Fall ist. Daher sind relativ schnelle Veränderungen des Übertragungsverhältnisses möglich, ohne daß die Verlagerungsgeschwindigkeit der Scheiben zu hoch wird.
Zusätzlich wird der Vorteil erzielt, daß die Komponenten eines jeden Antriebsscheibensatzes identisch sein können, wodurch die Kosten reduziert werden.
Es wird Bezug genommen auf die stufenlos verstellbare Getriebeeinheit, wie sie in der SU-A- 1732085 beschrieben ist. Diese Einheit weist Antriebsscheibensätze auf, deren Scheiben mit einer zentralen Welle mittels eines Schraubenmechanismus zusammenwirken, der Gewinde mit entgegengesetzter Steigung aufweist. Mit Hilfe von Federn werden die Scheiben eines jeden Antriebsscheibensatzes konstant in Richtung zueinander gedrückt. Eine relative Verlagerung der Antriebsscheiben wird als Ergebnis von zunehmenden Belastungen auf den Gurt erzielt.
Bei dieser Einheit fehlt ein Antriebsmechanismus, und außerdem stellt der Schraubenmechanismus keine Betätigung zum aktiven Beeinflussen der relativen Position der Scheiben dar.
Vorzugsweise ist jede einzelne Scheibe des genannten zumindest einen Antriebsscheibensatzes verschieblich, aber nicht verdrehbar auf der Tragwelle gehalten, wobei die Schraubenbetätigungen mit einander gegenüberliegenden Enden der genannten Tragwelle zusammenwirken. Jede Schraubenbetätigung wirkt mit der Tragwelle mittels eines Vierpunkt-Kugellagers mit ringförmigem Kontakt mit unterschiedlichen Lastwinkeln zusammen.
Jede Schraubenbetätigung wirkt mit der Tragwelle mittels eines Traglagers zusammen. Die genannten Lager können als Vierpunkt-Kugellager mit ringförmigem Kontakt ausgeführt sein, vorzugsweise in asymmetrischer Auslegung. Aus Gründen einer größeren Lasttragfähigkeit und Kompaktheit kann ein voll komplementäres Lager verwendet werden.
Der Außenring von zumindest einem Traglager ist integral mit der Welle ausgeführt.
Jede Schraubenbetätigung weist eine Mutter und eine Schraube auf, wobei die Muttern jeweils mit einer Scheibe zusammenwirken und die Schrauben mit der Tragwelle zusammenwirken.
Die Schraubenbetätigung kann entweder in der Bauart einer Kugelschraube oder einer Walzenschraube ausgeführt sein. Im letztgenannten Fall sind die radialen Abmessungen der Schraubenbetätigung relativ klein, was zu reduzierten Gesamtabmessungen der gesamten Einheit führt.
Die Muttern der Schraubenbetätigungen können auf einer gemeinsamen Antriebswelle aufgenommen sein, die sich durch die Tragwelle hindurch erstreckt.
Die Tragwelle ist mit Hilfe von Traglagern in Bezug auf ein Gehäuse abgestützt, wobei die Mutter einer jeden Schraubenbetätigung zumindest eine radiale Erweiterung aufweist, die mit der entsprechenden Scheibe zusammenwirkt. In diesem Fall weist die Tragwelle zumindest einen Schlitz auf, durch den sich die Erweiterung erstreckt.
Die Tragwelle ist an einem Ende mit einer Eingangswelle oder einer Ausgangswelle verbunden, und an dem anderen Ende mit einem Antriebsmechanismus zum Steuern des Übertragungsverhältnisses.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsformen weiter erläutert.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit nach der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform.
Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform.
Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführungsform.
Die stufenlos verstellbare Getriebeeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung weist zwei Antriebsscheibensätze 1, 2 auf, die jeweils eine V-förmige Nut 3, 4 zum Aufnehmen eines Gurts 5 aufweisen.
Jeder Antriebsscheibensatz 1, 2 weist zwei Scheiben 6, 7 auf, die zueinander und voneinander weg verschieblich sind und auf einer Tragwelle 8 aufgenommen sind.
Die Tragwelle 8 weist eine Bohrung 81 auf, innerhalb der eine konzentrische Antriebswelle 9 mit Hilfe von Kugellagern 10, 11 mit ringförmigem Kontakt abgestützt ist. Die Antriebswelle 9 umfaßt zwei Schrauben 12, 13 der Schraubenbetätigungen 14, 15. Die genannten Schraubenbetätigungen 14, 15 weisen darüber hinaus jeweils eine Mutter 16, 17 auf, die mit den Schrauben 12, 13 mittels eines Satzes von Nutwalzen 18, 19 zusammenwirken.
Jede Nut wirkt mit einer Antriebshülse 20, 21 zusammen, wobei die Antriebshülsen 20, 21 jeweils radiale Erweiterungen 22, 23 aufweisen.
Die radialen Erweiterungen 22, 23 erstrecken sich durch die Schlitze oder Nuten 24, 25 in den gegenüberliegenden radialen Enden der Tragwelle 8. Die äußeren Enden der radialen Erweiterungen 22, 23 sind jeweils mit einem Schiebering 26, 27 einer entsprechenden Scheibe 6, 7 verbunden, wobei die Ringe 26, 27 über den äußeren Umfang der Tragwelle 8 gleiten.
Mit Hilfe von Kugelnutverbindungen 30, 31 sind die Scheiben 6, 7 verschieblich, aber unverdrehbar auf der Tragwelle 8 fixiert.
Die Steuerwelle 9 weist ferner ein mit Keilzahnungen versehenes Ende 32 auf, das mit dem Antriebsmechanismus 33 zusammenwirkt. Mit Hilfe dieses Antriebsmechanismus 33 können die Schrauben 18, 19 in Bezug auf die Muttern 16, 17 gedreht werden, so daß die gewünschten wechselseitigen Verlagerungen der Scheiben 6, 7 und damit das gewünschte Übersetzungsverhältnis erzielt werden kann.
Die Scheiben 6, 7 des Antriebsscheibensatzes 1 werden mit Hilfe von Federn 34, 35 ständig in Richtung zueinander gedrückt.
Der Antriebsmechanismus 33 weist einen Motor 36 auf, der einen Stator 37 und einen Rotor 38 umfaßt. Mit Hilfe einer elektromagnetischen Kupplungsplatte 39, die über einen Kollektorring 14 aktiviert wird, kann der Rotor 38 und insbesondere dessen Anker 41 mit einem Untersetzungsgetriebemechanismus 41 verbunden werden oder von diesem getrennt werden, der seinerseits mit der Steuerwelle 9 zusammenwirkt.
Bei stationärem Betrieb, d. h. mit einem konstanten Übersetzungsverhältnis, werden Relativdrehungen zwischen der Tragwelle 8 und der Antriebswelle 9 durch die in Eingriff befindliche Kupplungsplatte 39 verhindert. In dem Fall, daß das Übersetzungsverhältnis geändert werden soll, wird die Kupplungsplatte 39 außer Eingriff gebracht, und die Antriebswelle 9 wird in eine geeignete Drehung versetzt, so daß die Schraubenbetätigungen 14, 15 aktiviert werden.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 zeigt einen Kupplungsmechanismus 43, der eine Kupplungsplatte 44 aufweist, die mit Hilfe einer Feder 45 ständig in die in Eingriff befindliche Position gedrückt wird. In dieser Position ist keine Relativdrehung zwischen der Tragwelle 8 und der Antriebswelle 9 möglich.
Beim Betätigen des Elektromagneten 46 wird die Kupplungsplatte 44 gelöst, so daß die Antriebswelle 9 über den Motor 36 in eine gewünschte Drehung versetzt werden kann.
Die Ausführungsform nach Fig. 3 weist einen Antriebsscheibensatz auf, bei dem eine der Scheiben 6 in Bezug auf die Tragwelle 8 fixiert ist, wobei die andere Scheibe 7 in Bezug auf die Tragwelle 8 verlagerbar ist.
Dieser Antriebsscheibensatz umfaßt eine einzelne Schraubenbetätigung 15, die mit Hilfe des Kugellagers 50 mit ringförmigem Kontakt mit der Welle 8 zusammenwirkt. Das Kuggellager mit ringförmigem Kontakt weist eine innere Laufbahn 51 auf, die integral mit der Schraube 13 der Schraubenbetätigung 15 ausgeführt ist. Die Mutter 17 dieser Schraubenbetätigung 15 ist mit der Antriebshülse 21 verbunden, deren radiale Erweiterung 23 sich durch Nuten 25 der Tragwelle 8 erstrecken. Durch Drehen der Schraube 13 werden die Mutter 17 und dadurch die Antriebshülse 21 und die radialen Erweiterungen 23, die mit der verlagerbaren Schraube 7 verbunden sind, gemeinsam miteinander bewegt.
Die Steuerung der Schraubenbetätigung 15 wird durch einen Antriebsmechanismus 33 gesteuert, der identisch mit dem Antriebsmechanismus 33 ist, wie er in der Ausführungsform nach Fig. 1a und Figur b enthalten ist.
Die Ausführungsform nach Fig. 4 weist Antriebsscheibensätze 1, 2 auf, die jeweils identische Scheiben 66, 67 aufweisen. Daher ist jede Scheibe 66, 67 symmetrisch in Bezug auf den Gurt 5 angeordnet.
In vorteilhafter Weise können die Herstellungs- und Lagerhaltungskosten reduziert werden, da lediglich eine Bauart von Scheiben 66, 67 benötigt wird.
Die Antriebsscheibensätze 1, 2 sind jeweils über Lager 70, 71 mit Rahmenelementen 36 verbunden. Somit bilden die Antriebsscheibensätze 1, 2 zusammen mit den Rahmenelementen 36 eine Einheit, die unmittelbar in bspw. einem Gehäuse eingesetzt werden kann.

Claims

1. Stufenlos verstellbare Getriebeeinheit, mit zwei Antriebsscheibensätzen (1, 2), die jeweils aus einem Paar von Scheiben (6, 7) bestehen, einer Tragwelle (8) und einem Schraubenmechanismus (14, 15), wobei jeder Schraubenmechanismus (14, 15) in Bezug auf die jeweilige Tragwelle (8) konzentrisch ist, um die Scheiben des entsprechenden Antriebsscheibensatzes zueinander und voneinander weg zu bewegen, wobei jedes Paar von Scheiben (6, 7) eine V-förmige Nut (3, 4) umschließt, wobei die Einheit ferner ein endloses flexibles Element (5) umfaßt, das sich zwischen den Antriebsscheibensätzen (1, 2) erstreckt und in deren Nuten (3, 4) aufgenommen ist, und wobei jeder Schraubenmechanismus (14, 15) durch eine Steuereinrichtung (33) steuerbar ist und zwei Schraubenbetätigungen (14, 15) umfaßt, die zwei gegeneinander gerichtete Schraubgewindewinkel aufweisen, wobei jede Schraubenbetätigung (14, 15) mit einer entsprechenden Scheibe (6, 7) zusammenwirkt und eine Schraube (12, 13) und eine Mutter (16, 17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraube (12, 13) und die Mutter (16, 17) eines jeden Schraubenmechanismus (14, 15) in einer Bohrung (81) in der entsprechenden Tragwelle (8) aufgenommen sind und daß jede Schraubenbetätigung (14, 15) mit der Tragwelle (8) mittels eines Traglagers (10, 11) zusammenwirkt, das in der Bohrung (81) der Tragwelle (8) aufgenommen ist.

2. Stufenlos verstellbare Getriebeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubenmechanismus (14, 15) mit der zumindest einen der Scheiben (6, 7) über eine oder mehrere Längsöffnungen zusammenwirkt, die sich von der Bohrung (81) in Richtung auf den äußeren Umfang der Tragwelle (8) erstrecken.

3. Stufenlos verstellbare Getriebeeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Scheibe (6, 7) des genannten zumindest einen Antriebsscheibensatzes (1, 2) verschieblich, aber nicht verdrehbar auf der Tragwelle (8) gehalten ist, wobei die Schraubenbetätigungen (14, 15) mit einander gegenüberliegenden Enden der genannten Tragwelle (8) zusammenwirken.

4. Stufenlos verstellbare Getriebeeinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Traglager (10, 11) ein Vierpunkt-Kugellager mit ringförmigem Kontakt ist.

5. Stufenlos verstellbare Getriebeeinheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Traglager (10, 11) ein asymmetrisches Kugellager mit ringförmigem Kontakt ist.

6. Stufenlos verstellbare Getriebeeinheit nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine Traglager (10, 11) ein voll komplementäres Lager ist.

7. Stufenlos verstellbare Getriebeeinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Ring von zumindest einem Traglager (10, 11) integral mit der Welle (8) ausgeführt ist.

8. Stufenlos verstellbare Getriebeeinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schraubenbetätigung (14, 15) eine Mutter (16, 17) und eine Schraube (12, 13) aufweist, wobei die Muttern (16, 17) jeweils mit einer Scheibe (6, 7) zusammenwirken und die Schrauben (12, 13) mit der Tragwelle (8) zusammenwirken.

9. Stufenlos verstellbare Getriebeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Schraubenbetätigung eine Walzenschraubenbetätigung (14, 15) ist.

10. Stufenlos verstellbare Getriebeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Schraubenbetätigung eine Kugelschraubenbetätigung (14, 15) ist.

11. Stufenlos verstellbare Getriebeeinheit nah einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Muttern (16, 17) der Schraubenbetätigungen (14, 15) auf einer gemeinsamen Antriebswelle (9) aufgenommen sind, die sich durch die Tragwelle (8) erstreckt.

12. Stufenlos verstellbare Getriebeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragwelle (8) mit Hilfe von Traglagern in Bezug auf ein Gehäuse (36) abgestützt ist, wobei die Mutter (16, 17) einer jeden Schraubenbetätigung (14, 15) zumindest eine radiale Erweiterung (22, 23) aufweist, die mit der entsprechenden Scheibe, (6, 7) zusammenwirkt.

13. Stufenlos verstellbare Getriebeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragwelle (8) zumindest einen Schlitz (24, 25) aufweist, durch den sich eine Erweiterung (22, 23) erstreckt.

14. Stufenlos verstellbare Getriebeeinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragwelle (8) an einem Ende mit einem Antrieb oder einer Antriebswelle verbunden ist, und an dem anderen Ende mit einem Steuermechanismus (33) zum Steuern der Unterschiedsdrehzahl zwischen der Tragwelle (8) und der Antriebswelle (9).

15. Stufenlos verstellbare Getriebeeinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuermechanismus eine elektrische, elektronische oder hydraulische Vorrichtung oder eine Kombination daraus umfaßt.

16. Stufenlos verstellbare Getriebeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (72) vorgesehen ist, um einen Parameter zu erfassen, der mit der Drehbewegung der Tragwelle (8) zusammenhängt.

17. Stufenlos verstellbare Getriebeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (73) vorgesehen ist, um einen Parameter zu erfassen, der mit der Drehbewegung der Antriebswelle (9) zusammenhängt.

18. Stufenlos verstellbare Getriebeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsscheibensätze (1, 2) durch Rahmenelemente (36) miteinander verbunden sind.

19. Stufenlos verstellbare Getriebeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Element (5) ein Gurt ist, bspw. ein flexibler metallischer Gurt oder ein nichtmetallischer Gurt oder eine Kombination daraus.

20. Stufenlos verstellbare Getriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Element (5) eine Kette ist.

21. Stufenlos verstellbare Getriebeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (66, 67) eines jeden Antriebsscheibensatzes (1, 2) identisch sind.

22. Stufenlos verstellbare Getriebeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Antriebsscheibensätze einen Lastsensor aufweist.