DE60001108T2

DE60001108T2 - Riemenscheibenzusammensetzung für ein stufenloses getriebe

Info

Publication number: DE60001108T2
Application number: DE60001108T
Authority: DE
Inventors: Gerardus Holweg; Jan Kapaan; Gerardus Leeuwen Van; Albertus Winden Van
Original assignee: SKF Engineering and Research Centre BV
Current assignee: SKF Engineering and Research Centre BV
Priority date: 1999-04-06
Filing date: 2000-04-06
Publication date: 2003-10-23
Anticipated expiration: 2020-04-07
Also published as: US6689000B1; CN1344356A; CN1116538C; AU3845300A; JP2002541399A; EP1165986B1; WO2000060256A1; DE60001108D1; NL1011732C2; EP1165986A1; KR20010110466A

Description

Die Erfindung betrifft einen Riemenscheibensatz für eine stufenlose Getriebeeinheit mit einem Paar Scheiben(hälften), die auf einer Welle aufgenommen sind, und einem Schraubmechanismus, der konzentrisch im Hinblick auf die Scheiben ist und zum Bewegen der Scheiben aufeinander zu und voneinander weg dient, wobei die Scheiben eine V-förmige Nut zur Unterbringung eines Riemens einschließen, wobei der Schraubmechanismus durch eine Steuereinrichtung steuerbar ist.
Ein stufenloses Getriebe mit solchen Riemenscheibensätzen, das die technischen Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 aufweist, ist aus der EP-A-582307 bekannt. Die Schraubmechanismen der Riemenscheibensätze werden mit Hilfe eines gemeinsamen, einzelnen Motors gesteuert, der gegenüber den Schraubmechanismen versetzt ist. Der Motor greift in den Schraubmechanismus über eine Anzahl von Zwischenrädern und Hilfswellen ein.
Dadurch ist diese stufenlose Getriebeeinheit des Stands der Technik kompliziert und somit anfällig für Fehlfunktionen. Außerdem sind ihre Gesamtabmessungen recht groß.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Riemenscheibensatz für ein stufenloses Getriebe bereitzustellen, der nicht mit diesen Nachteilen behaftet ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Steuereinrichtung eine Motoreinheit aufweist, wobei die Motoreinheit einen Stator und einen Rotor aufweist, eine Komponente aus Stator und Rotor in die Mutter des Schraubmechanismus eingreift und die andere Komponente aus Stator und Rotor in die Schraube des Schraubmechanismus eingreift.
Der erfindungsgemäße Riemenscheibensatz kann seine eigene Motoreinheit haben. Dies ermöglicht eine schnelle und unabhängige Steuerung des Spalts des Riemenscheibensatzes. Als Ergebnis läßt sich die, durch die Scheiben auf den Riemen ausgeübte Klemmkraft nach Bedarf regulieren, insbesondere um Schlupf zu vermeiden. Außerdem wird eine schnelle Übersetzungsänderung möglich.
Ist der Schraubmechanismus in Relation zur Mutter statisch, haben der Schraubmechanismus und die Mutter dieselbe Drehzahl. Dann ist die Übersetzung konstant, und der Motor hält den Schraubmechanismus und damit die Scheiben des Riemenscheibensatzes in einer statischen Position. Das heißt, die Scheiben schließen einen Spalt ein, der eine konstante Breite behält.
Bei einer Relativdrehung zwischen dem Rotor und dem Stator jedes Motors wird infolge der Wirkung des Schraubmechanismus eine Änderung des Spalts erzeugt.
Die erforderliche Untersetzung zwischen dem Motor und Schraubmechanismus erhält man vorzugsweise mit Hilfe mindestens eines Satelliten- bzw. Planetenradsatzes. Zum Beispiel kann jede Steuereinrichtung zwei gekoppelte Planetenradsätze aufweisen, von denen einer den Rotor oder den Stator mit der Mutter verbindet und von denen der andere die andere Komponente aus Rotor oder Stator mit der Schraube verbindet, wobei die Planetenradsätze jeweils ein Ringrad, ein Sonnenrad und Planetenräder aufweisen.
Der Riemenscheibensatz mit zwei gekoppelten Planetenradsätzen läßt sich auf mehreren Wegen realisieren.
Gemäß einer ersten Ausführungsform sind die Ringräder mit dem Stator bzw. mit dem Rotor verbunden, und jedes Planetenrad eines Planetenradsatzes ist mit einem Planetenrad des anderen Planetenradsatzes verbunden.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform sind die Sonnenräder mit dem Stator bzw. mit dem Rotor verbunden, und jedes Planetenrad eines Planetenradsatzes ist mit einem Planetenrad des anderen Planetenradsatzes verbunden.
Gemäß einer dritten Ausführungsform sind die Ringräder mit dem Stator bzw. mit dem Rotor verbunden, und die Sonnenräder sind miteinander verbunden.
Gemäß einer vierten Ausführungsform sind die Sonnenräder mit dem Stator bzw. mit dem Rotor verbunden, und die Ringräder sind miteinander verbunden.
Gemäß einer fünften Ausführungsform sind die Planetenräder jedes Planetenradsatzes auf einem jeweiligen Träger aufgenommen, wobei die Träger mit dem Stator bzw. mit dem Rotor verbunden sind, und die Sonnenräder sind miteinander verbunden.
Gemäß einer sechsten Ausführungsform sind die Planetenräder jedes Planetenradsatzes auf einem Träger aufgenommen, wobei der Träger mit dem Stator bzw. mit dem Rotor verbunden sind, und die Ringräder sind miteinander verbunden.
Die Übersetzungen der Planetenradsätze sollten identisch sein.
Vorzugsweise sind die Planetenradsätze koaxial und haben koaxiale Ringräder sowie koaxiale Sonnenräder.
Die Durchmesser der Ringräder können identisch sein. Außerdem können die Durchmesser der Sonnenräder identisch sein, und die Durchmesser der Planetenräder können identisch sein.
Das Sonnenrad eines Planetenradsatzes kann mit der Welle verbunden sein, und das Ringrad eines Planetenradsatzes kann mit der Welle verbunden sein. Außerdem können die Träger für die Planetenräder mit der Welle verbunden sein.
Vorzugsweise kommt ein Elektromotor in der Steuereinrichtung zur Anwendung, der in Bezug auf den Riemenscheibensatz konzentrisch sein kann.
Ferner betrifft die Erfindung ein stufenloses Getriebe mit zwei Riemenscheibensätzen nach einem der vorstehenden Ansprüche sowie einem Endlosriemen, der sich zwischen den Sätzen erstreckt und in ihren Nuten untergebracht ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Ausführungsform der Riemenscheibensätze näher erläutert, die in den Zeichnungen gezeigt sind.
Fig. 1 und 2 zeigen die nicht erfindungsgemäße erste Ausführungsform des Riemenscheibensatzes.
Fig. 3 bis 6 zeigen weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen.
Der Riemenscheibensatz in Fig. 1 weist zwei Scheiben 1, 2 auf, die auf einer Welle 3 angeordnet sind. In der dargestellten Ausführungsform ist die Scheibe 1 fest mit der Welle 3 verbünden, während die Scheibe 2 gleitfähig, aber nicht drehbar über eine Nut/Kugel-Verbindung 4 auf der Welle 3 aufgenommen ist.
Die Scheiben 1, 2 schließen eine V-förmige Nut 5 ein, deren Breite beim Verschieben der gleitfähigen Scheibe 2 variiert werden kann.
Dazu sind die Scheiben 1, 2 mit einem Schraubmechanismus 6 verbunden, dessen Wirkung mit Hilfe einer Steuereinrichtung 7 steuerbar ist. Insbesondere ist die Schraube 8 des Schraubmechanismus 6 mit der gleitfähigen Scheibe 4 mittels eines Jochs 9 verbunden. Dieses Joch 9 hat Füße 10, die durch Löcher 11 vorstehen, welche in der Wand 12 eines Schraubmechanismusgehäuses 13 angeordnet sind, in dem der Schraubmechanismus 6 untergebracht ist.
Das Schraubmechanismusgehäuse 13 ist mit der Stützwelle 3 und dadurch mit der festen Scheibe 1 verbunden. Innerhalb des Schraubmechanismusgehäuses 13 ist die Mutter 14 des Schraubmechanismus 6 in Axialrichtung drehbar befestigt und mit Hilfe eines Lagers 15 abgestützt. Die Mutter 14 und die Schraube 8 greifen über Nutenwalzen 16 ineinander ein. Alternativ können Kugeln statt Nutenwalzen zum Einsatz kommen.
Erfindungsgemäß ist gemäß Fig. 3 bis 6 die Mutter 14 in einer Hülse 17 untergebracht, die mit einem ersten Sonnenrad 18 verbunden ist.
Das erste Sonnenrad 18 ist Teil eines ersten Planetenradsatzes 19, der ferner eine Anzahl von Planetenrädern 20 und ein Ringrad 21 aufweist. Seinerseits ist das Ringrad 21 mit dem Rotor eines Elektromotors 23 verbunden, wobei der Elektromotor 23 ferner einen Stator 24 aufweist.
Das Schraubmechanismusgehäuse 13 ist mit einem zweiten Sonnenrad 25 verbunden, das Teil eines zweiten Planetenradsatzes 26 ist. Dieser zweite Planetenradsatz 26 weist ferner ein zweites Planetenrad 27 sowie ein zweites Ringrad 28 auf. Dieses zweite Ringrad 28 ist mit dem Statorgehäuse 29 verbunden, das den Stator 24 des Motors 23 trägt.
Das Planetenrad 20 und das zweite Planetenrad 27 bilden Paare, die zueinander drehbar und mit Hilfe von Stangen 30 miteinander verbunden sind.
Das Statorgehäuse 29 ist im Hinblick auf das Schraubmechanismusgehäuse 13 mittels eines Lagers 31 drehbar abgestützt. Außerdem ist das Statorgehäuse 29 mit Hilfe eines Lagers 32 am ersten Ringrad 21 drehbar abgestützt.
Im Betrieb des Riemenscheibensatzes in einer stufenlosen Getriebeeinheit und bei einer konstanten Breite der V-förmigen Nut 5 dreht das Schraubmechanismusgehäuse 13 mit derselben Drehzahl wie die Welle 3, und das Motorgehäuse 29 ist feststehend. Der Motor 23 wirkt so, daß er die Mutter 14 und die Schraube 8 in einer festen Relativposition hält, indem der Rotor 22 zum Stillstand gebracht ist.
Dagegen wird bei Änderung der Breite der Nut 5 der Motor 23 so aktiviert, daß der Rotor 22 im Hinblick auf den Stator 24 gedreht wird. Als Ergebnis versetzen die Planetenräder 20, 27 das Sonnenrad 18 im Hinblick auf das Sonnenrad 25 in Drehung, wodurch die Mutter 14 gegenüber der Schraube gedreht wird. Dadurch bewirkt der Schraubmechanismus 13, daß sich die Scheibe 2 zur festen Scheibe 1 oder von ihr weg bewegt.
Die Ausführungsform von Fig. 2 entspricht in gewissem Maß der Ausführungsform von Fig. 1. Allerdings ist der Rotor 22 jetzt mit dem Sonnenrad 18 des ersten Planetenradsatzes 33 verbunden.
Das Ringrad 21 dieses Satzes 33 ist mit dem Schraubmechanismusgehäuse 13 und mit der Welle 3 verbunden.
Das Ringrad 21 und das Sonnenrad 18 greifen mittels der ersten Planetenräder 20 ineinander ein.
Das Sonnenrad 25 des zweiten Planetenradsatzes 26 ist mit dem Motorgehäuse 29 über einen Achszapfen 34 verbunden. Das Ringrad 28 dieses zweiten Satzes ist mit der Hülse 35 verbunden, in der die Mutter 14 untergebracht ist.
Das Sonnenrad 34 und das Ringrad 28 des zweiten Satzes 26 greifen über die zweiten Planetenräder 27 ineinander ein.
Die Schraube 8 und die Mutter 14 greifen über die Nutenwalzen 16 ineinander ein.
Mit Hilfe eines Lagers 37 ist das Motorgehäuse 23 im Hinblick auf das Schraubmechanismusgehäuse 13 drehbar abgestützt. Das Sonnenrad 18 des ersten Planetenradsatzes 33 ist im Hinblick auf die Achszapfenwelle mit Hilfe des Lagers 32 abgestützt.
Die Planetenräder 20 und 27 des ersten und zweiten Satzes 33, 26 sind zueinander drehbar, aber über Stangen 30 miteinander verbunden.
Auch die Ausführungsform von Fig. 3 weist zwei Planetenradsätze 19, 26 auf, deren Sonnenräder 18, 25 miteinander verbunden sind. Der Rotor 22 des Motors 7 ist mit dem Ringrad 21 des Planetenradsatzes 19 verbunden, und der Stator 24 ist mit dem Ringrad 28 des Planetenradsatzes 26 verbunden.
Die Planetenräder 20 werden von einem Träger 40 getragen, der über eine Welle 41 mit der Hülse 14 verbunden ist.
Außerdem werden die Planetenräder 27 von einem Träger 42 getragen, der mit dem Schraubmechanismusgehäuse 13 verbunden ist.
In der Ausführungsform von Fig. 4 sind die äußeren Ringräder 21, 25 miteinander verbunden, während das Sonnenrad 18 mit dem Rotor 24 des Motors 7 verbunden ist und das Sonnenrad 25 über die Welle 34 mit dem Stator des Motors verbunden ist. Die Planetenräder 20, 27 sind in jeweiligen Trägern 40, 42 angeordnet, die ihrerseits in die Schraube 18 bzw. die Mutter 14 und Hülse 17 eingreifen.
In der Ausführungsform von Fig. 5 ist der Träger 40 der Planetenräder mit dem Rotor 24 des Motors 7 verbunden. Der Träger 42 der Planetenräder 27 ist über eine Welle 43 mit dem Stator 22 des Motors verbunden.
Die Sonnenräder 18, 25 sind miteinander verbunden, während das Ringrad 21 in die Schraube 18 des Schraubmechanismus eingreift und das Sonnenrad 28 in die Mutter 14 mit der Hülse 17 eingreift.
In der Ausführungsform von Fig. 6 sind die Außenringe 21, 28 miteinander verbunden. Die Träger 40, 42 sind mit dem Rotor 24 bzw. mit dem Stator 22 verbunden.
Die Sonnenräder 18, 25 sind mit der Mutter 14 mit der Hülse 17 bzw. mit der Schraube 18 verbunden.
Obwohl in den gezeigten Ausführungsformen eine der Riemenscheibenhälften fest und eine Riemenscheibenhälfte in Bezug auf die Welle gleitfähig ist, betrifft die Erfindung auch Riemenscheibensätze, in denen beide Riemenscheibenhälften in Bezug auf die Welle gleitfähig sind (symmetrische Bewegung).

Claims

1. Riemenscheibensatz für eine stufenlose Getriebeeinheit mit einem Paar Scheiben (1, 2), die auf einer Welle (3) aufgenommen sind, und einem Schraubmechanismus (6), der konzentrisch im Hinblick auf die Scheiben (1, 2) ist und zum Bewegen der Scheiben aufeinander zu und voneinander weg dient, wobei die Scheiben (1, 2) eine V-förmige Nut (5) zur Unterbringung eines Riemens einschließen, wobei der Schraubmechanismus (6) durch eine Steuereinrichtung (7) steuerbar ist, wobei die Steuereinrichtung (7) eine Motoreinheit (23) aufweist, wobei die Motoreinheit (23) einen Stator (24) und einen Rotor (22) aufweist, entweder Stator (24) oder Rotor (22) in die Mutter (14) des Schraubmechanismus (6) eingreift und die andere Komponente aus Stator (24) und Rotor (22) in die Schraube (8) des Schraubmechanismus (6) eingreift, die Steuereinrichtung (7) zwei gekoppelte Planetenradsätze (19, 26) aufweist, von denen einer den Rotor (22) oder den Stator (24) mit der Mutter (14) verbindet und von denen der andere die andere Komponente aus Rotor (22) oder Stator (24) mit der Schraube (8) verbindet, wobei die Planetenradsätze (26, 33) jeweils ein Ringrad (28, 21), ein Sonnenrad (25, 18) und Planetenräder (27, 20) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonnenräder (25, 18) oder die Ringräder (28, 21) fest miteinander verbunden sind.

2. Riemenscheibensatz nach Anspruch 1, wobei die Planetenräder (27, 20) jedes Planetenradsatzes (26, 33) auf einem jeweiligen Träger (40, 42) untergebracht sind, wobei die Träger (40, 42) mit dem Stator (24) bzw. mit dem Rotor (22) verbunden sind und die Sonnenräder (25, 28) miteinander verbunden sind.

3. Riemenscheibensatz nach Anspruch 1, wobei die Planetenräder (27, 20) jedes Planetenradsatzes (26, 33) auf einem Träger (40, 42) untergebracht sind, wobei die Träger (40, 42) mit dem Stator (24) bzw. mit dem Rotor (22) verbunden sind und die Ringräder (28, 11) miteinander verbunden sind.

4. Riemenscheibensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Übersetzungen der Planetenradsätze (26, 33) identisch sind.

5. Riemenscheibensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Planetenradsätze (26, 33) koaxial sind und koaxiale Ringräder (28, 21) sowie koaxiale Sonnenräder (25, 18) haben.

6. Riemenscheibensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei beide Planetenradsätze (26, 33) mit Hilfe eines gemeinsamen Motors antreibbar sind.

7. Riemenscheibensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei jeder Planetenradsatz (26, 33) mit Hilfe eines koaxialen Motors antreibbar ist.

8. Riemenscheibensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Durchmesser der Ringräder (28, 21) identisch sind.

9. Riemenscheibensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Durchmesser der Sonnenräder (25, 18) identisch sind.

10. Riemenscheibensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Durchmesser der Planetenräder (27, 20) iden¬ tisch sind.

11. Riemenscheibensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Sonnenrad (25) eines Planetenradsatzes (26) mit der Welle (3) verbunden ist.

12. Riemenscheibensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Ringrad (21) eines Planetenradsatzes (33) mit der Welle (3) verbunden ist.

13. Riemenscheibensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Planetenräder (27, 20) eines Planetenradsatzes mit der Welle (3) verbunden ist.

14. Riemenscheibensatz nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine (1) der Scheiben auf der Welle (3) befestigt ist und die andere Scheibe (2) im Hinblick auf die Welle (3) gleitfähig und an der Schraube (8) befestigt ist.

15. Riemenscheibensatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Motor (23) ein Elektromotor ist.

16. Stufenloses Getriebe mit mindestens einem Riemenscheibensatz, von denen einer ein Riemenscheibensatz nach einem der vorstehenden Ansprüche ist, und einem Endlosriemen, der sich zwischen den Sätzen erstreckt und in ihren Nuten untergebracht ist.

17. Stufenloses Getriebe nach Anspruch 16, wobei die Riemenscheibensätze mit einer einzelnen Motoreinheit verbunden sind.

18. Stufenloses Getriebe nach Anspruch 17, wobei die Motoreinheit mit den Riemenscheibensätzen über einen flexiblen Zahnriemen, einen Kettenantrieb oder ein in Direkteingriff stehendes Getriebe verbunden ist.

19. Stufenloses Getriebe nach Anspruch 16 bis 18, wobei der Endlosriemen ein Zugriemen ist.

20. Stufenloses Getriebe nach Anspruch 16 bis 18, wobei der Endlosriemen ein Schubriemen ist.

21. Stufenloses Getriebe nach Anspruch 16 bis 19, wobei einer der Riemenscheibensätze federbelastete Scheiben aufweist, die mit Hilfe einer Feder konstant zueinander gedrückt werden.