DE68905181T2

DE68905181T2 - CONTINUOUSLY FRICTION ROLLER GEARBOX.

Info

Publication number: DE68905181T2
Application number: DE1989605181
Authority: DE
Inventors: Charles E Kraus
Original assignee: Excelermatic Inc
Current assignee: Excelermatic Inc
Priority date: 1989-06-02
Filing date: 1989-06-02
Publication date: 1993-06-17
Anticipated expiration: 2009-06-03
Also published as: DE68905181D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein stufenloses Treibrollengetriebe, in dem Kraft durch schwenkbar in einem Gehäuse zwischen torischen Eingangs- und Ausgangsscheiben gelagerten Treibrollen übertragen wird.The invention relates to a continuously variable drive roller transmission in which power is transmitted by drive rollers pivotably mounted in a housing between toric input and output disks.

In solchen Getrieben sind die Treibrollen an Lageranordnungen montiert, die durch Schwenkung kraftübertragende Verbindung der Treibrollen, abhängig vom gewünschten Übertragungsverhältnis, auf Kreisen von unterschiedlichen Durchmessern verursachen. Die schwenkbaren Treibrollen sind so gelagert, daß sie axial entlang ihrer Schwenkachse verschiebbar sind, um dadurch eine Änderung des Übertragungsverhältnisses veranlassen zu können. Beispielsweise können zwei Treibrollen einander gegenuberliegend an flexiblen Lagerbändern montiert sein, wie es im US-Patent 4,086,820 gezeigt ist. In der Anordnung gemäß US-Patent 4,484,487, aus dem die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 bekannt sind, und der Anordnung gemäß US-Patent 4,576,055 ist die Treibrollenstützanordnung hydraulisch direkt auf dem Gehäuse gelagert, so daß die Treibrollenstützanordnung keinen Biegekräften ausgesetzt ist. Schwenken der gegenüberliegenden Treibrollenstützanordnungen für entsprechende Übertragungsverhältnis-Stellungen kann über ein verbindendes Band abgestimmt werden, wie das zum Beispiel im US-Patent 4,086,820 gezeigt ist. In der Anordnung gemäß US-Patent 4,702,118 sind die Treibrollenstützanordnungen mittels Rollenlagerteilen schwenkbar im Getriebegehäuse gelagert, wobei die Rollenlagerteile an gegenüberliegenden Enden der Stützanordnungen direkt am Gehäuse angebracht sind. Eine solche Anordnung ist zwar recht gut, jedoch sind die Rollenlagerteile recht teuer, und die Anordnung insgesamt ist deshalb für kleine Getriebe zu teuer.In such transmissions, the drive rollers are mounted on bearing arrangements which, by pivoting, cause the drive rollers to be connected in a force-transmitting manner on circles of different diameters, depending on the desired transmission ratio. The pivotable drive rollers are mounted in such a way that they can be moved axially along their pivot axis in order to be able to cause a change in the transmission ratio. For example, two drive rollers can be mounted opposite one another on flexible bearing bands, as shown in US Patent 4,086,820. In the arrangement according to US Patent 4,484,487, from which the features of the preamble of claim 1 are known, and the arrangement according to US Patent 4,576,055, the drive roller support arrangement is hydraulically mounted directly on the housing, so that the drive roller support arrangement is not subjected to bending forces. Pivoting the opposite drive roller support arrangements for corresponding transmission ratio positions can be achieved via a connecting band, as shown for example in US Patent 4,086,820. In the arrangement according to US Patent 4,702,118, the drive roller support assemblies are pivotally mounted in the gear housing by means of roller bearing members, the roller bearing members being attached directly to the housing at opposite ends of the support assemblies. Such an arrangement is quite good, but the roller bearing members are quite expensive and the arrangement as a whole is therefore too expensive for small gears.

Zudem wird in vielen kleinen Getrieben die Kraft normalerweise nur in einer Richtung übertragen, das heißt von einer torischen Scheibe, der Eingangsscheibe, zu der anderen torischen Scheibe, das heißt der Ausgangsscheibe. In vielen Anwendungen ist das Ausgangsscheiben-Drehmoment am höchsten bei relativ niedriger Ausgangsscheibengeschwindigkeit, das heißt wenn die Treibrollen in einer Schwenkstellung sind, in der sie mit der Ausgangsscheibe entlang eines großen Berührungskreises und mit der Eingangsscheibe entlang eines kleinen Berührungskreises in Eingriff stehen und es ist am niedrigsten bei relativ hoher Ausgangsscheibengeschwindigkeit, das heißt wenn die Treibrollen in einer Schwenkstellung sind, in der sie mit der Ausgangsscheibe entlang eines kleinen Berührungskreises und mit der Eingangsscheibe entlang eines großen Berührungskreises im Eingriff stehen. Da das größere Drehmoment bei relativ niedriger Ausgangsscheibengeschwindigkeit übertragen wird, müssen die Treibrollen mit den Treibscheiben bei niedrigen Ausgangsgeschwindigkeiten mit höheren Kräften in Kontakt gehalten werden als bei hohen Ausgangsgeschwindigkeiten, wo unnötig hohe Kontaktkräfte lediglich den Wirkungsgrad und die Lebensdauer des Getriebes beeinträchtigen würden.Furthermore, in many small gear boxes, power is normally transmitted in only one direction, that is, from one toric disk, the input disk, to the other toric disk, the output disk. In many applications, the output disk torque is highest at relatively low output disk speed, that is, when the drive rollers are in a pivoting position where they engage the output disk along a large contact circle and the input disk along a small contact circle, and it is lowest at relatively high output disk speed, that is, when the drive rollers are in a pivoting position where they engage the output disk along a small contact circle and the input disk along a large contact circle. Since the greater torque is transmitted at a relatively low output pulley speed, the drive rollers must be kept in contact with the drive pulleys with higher forces at low output speeds than at high output speeds, where unnecessarily high contact forces would only impair the efficiency and service life of the gear.

Es ist deshalb die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verhältnismäßig billiges stufenlos veränderliches Treibrollengetriebe zu schaffen, bei dem die Treibrollen mit den entsprechenden Treibscheiben durch relativ billige Anordnungen in Eingriff gehalten werden, für gewisse Anwendungen vorzugsweise mit einer von der Schwenkposition der Treibrollen abhängigen Kraft, das heißt einer Kraft, die in einer Schwenklage mit möglicherweise hohen Kraftübertragungsanforderungen relativ hoch, aber relativ niedrig in der entgegengesetzten Schwenklage ist, in der die maximalen Kraftübertragungsanforderungen relativ niedrig sind.It is therefore the main object of the present invention to provide a relatively inexpensive continuously variable drive roller transmission in which the drive rollers be held in engagement with the corresponding drive pulleys by relatively inexpensive arrangements, preferably for certain applications with a force dependent on the pivoting position of the drive pulleys, that is to say a force which is relatively high in a pivoting position with possibly high power transmission requirements, but relatively low in the opposite pivoting position in which the maximum power transmission requirements are relatively low.

Im Hinblick auf diese Aufgabe bezieht sich die gegenwärtige Erfindung auf ein stufenlos veränderliches Treibrollengetriebe, bestehend aus einem Gehäuse, ko-axialen, drehbar im Gehäuse gelagerten Eingangs- und Ausgangswellen, zwei einander gegenüberstehend angeordneten torischen Treibscheiben, von denen eine mit der Eingangswelle und die andere mit der Ausgangswelle verbunden ist, wobei die torischen Scheiben gegenüberliegend zwischen sich einen torischen Hohlraum von kreisförmigem Querschnitt bildende Treibflächen aufweisen, und wenigstens zweier, Bewegung übertragender, im Hohlraum winkelsymmetrisch angeordneter, und zur Übertragung von Bewegung im Eingriff mit den torischen Scheiben stehenden Treibrollen, wobei jede der Treibrollen im Gehäuse drehbar auf einem um eine zum Mittenkreis des torischen Hohlraumes tangentiale Achse schwenkbaren Schwenkstutzen gelagert ist und jeder der Schwenkstutzen ein Paar axial beabstandeter, drehbar auf entgegengesetzten Seiten der Treibrolle angeordneter, drehbar montierter Lagerrollen aufweist und das Gehäuse teilkreisförmige Lagerflächen aus hartem Metall besitzt, die nächst zum Schwenkstutzen angeordnet sind und die Lagerrollen abstützen, um die Treibrollen auf den Schwenkstutzen in kraftschlüssigen Eingriff mit den torischen Scheiben zu bringen.With regard to this object, the present invention relates to a continuously variable drive roller transmission, consisting of a housing, coaxial input and output shafts rotatably mounted in the housing, two toric drive disks arranged opposite one another, one of which is connected to the input shaft and the other to the output shaft, the toric disks having drive surfaces forming a toric cavity of circular cross-section between them, and at least two drive rollers which transmit movement and are arranged angularly symmetrically in the cavity and are in engagement with the toric disks for transmitting movement, each of the drive rollers being rotatably mounted in the housing on a pivoting support which can pivot about an axis tangential to the center circle of the toric cavity, and each of the pivoting supports having a pair of axially spaced, rotatably mounted bearing rollers arranged rotatably on opposite sides of the drive roller, and the housing having part-circular bearing surfaces made of hard metal, which are arranged closest to the swivel connector and support the bearing rollers in order to bring the drive rollers on the swivel connector into frictional engagement with the toric discs.

Eine solche Anordnung ist relativ billig und doch sind die von der Treibrollenabstützanordnung auf die Treibrollen übertragenen Eingriffskräfte bei einer Stützanordnung mit etwas versetzten Lagerflächen von der Schwenkstellung des Treibrollen-Schwenkstutzens abhängig, so daß - je nach Einsatz des Getriebes - die Eingriffskräfte in einer Schwenkendstellung verhältnismäßig groß und in der entgegengesetzten Endstellung verhältnismäßig klein sind. Obgleich diese Anordnung verhältnismäßig einfach und billig ist, verlängert sie die Lebensdauer des Getriebes, da die Treibrollenoberflächen, abgesehen von den in einer von Treibrollen nur während eines kleinen Bruchteils im Betrieb des Getriebes eingenommenen Endstellung, nicht der maximalen Beanspruchung ausgesetzt sind.Such an arrangement is relatively inexpensive and yet the engaging forces transmitted from the drive roller support arrangement to the drive rollers in a support arrangement with slightly offset bearing surfaces are dependent on the pivot position of the drive roller pivot socket, so that - depending on the use of the gear - the engaging forces are relatively large in one pivot end position and relatively small in the opposite end position. Although this arrangement is relatively simple and inexpensive, it extends the service life of the gear because the drive roller surfaces are not subjected to maximum stress, apart from in an end position occupied by drive rollers only for a small fraction of the gear's operation.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:The invention is described below using an embodiment with reference to the accompanying drawings, in which:

Fig. 1 das Treibrollengetriebe in axialem Querschnitt,Fig. 1 the drive roller gear in axial cross-section,

Fig. 2 das Getriebe in einem zur Getriebeachse senkrecht liegenden Querschnitt undFig. 2 the gearbox in a cross-section perpendicular to the gearbox axis and

Fig. 3 in einem Teilschnitt eine Anordnung zum Aufbringen der Treibrolleneingriffskräfte in einer vorbestimmten Weise zeigen.Fig. 3 shows in a partial section an arrangement for applying the drive roller engagement forces in a predetermined manner.

Ein Treibrollengetriebe gemäß Fig. 1 besteht aus einem Gehäuse (10), in dem ko-axiale Eingangs- und Ausgangswellen (12,14) auf Lagern (16 und 18) drehbar gelagert sind. Auf den Eingangs- und Ausgangswellen (12,14) sind torische Scheiben (20,22) so einander gegenüberstehend montiert, daß zwischen ihnen ein torischer Hohlraum (24) von kreisförmigem Querschnitt entsteht. Innerhalb des torischen Hohlraumes (24) sind Treibrollen (26,28,30) (vergl. Fig. 2) drehbar gelagert, so daß sie zur Übertragung von Drehbewegung im Eingriff mit den torischen Treibscheiben stehen. Die Treibrollen (26,28 und 30) sind im Gehäuse (10) auf Schwenkstutzen (32,34,36) gelagert, die auf im Gehäuse (10) eingelassenen Hartmetall-Lagerflächen (40) über Stutzenstützrollen (38) direkt vom Gehäuse (10) getragen werden. Jeder Schwenkstutzen weist eine Treibrollentraganordnung (44) mit einem Treibrollenlager (46) auf, das aus einer Federanordnung (48) mit beabstandet angeordneten Schwenkkugeln oder Stiften (50), zwischen denen Federlagerteile (52) mit Lagen von Scheibenfedern (54) angeordnet sind, bestehen. Die beabstandeten Schwenkstifte (50) sind parallel zur Achse des zugehörigen Schwenkstutzens angeordnet, um eine leichte Versetzung der Treibrollen (30) im Verhältnis zum Treibstutzen (30) in Richtung senkrecht zur Schwenkstutzenachse zuzulassen. Die Federn (54) sind als Packung zusammen sehr steif, sorgen jedoch für eine gewisse Nachgiebigkeit. Der tatsächliche Federweg ist unter Umständen nur 0,76 mm. Obgleich die Lagerplatte (56) durch eine Schwenkkugel oder einen Schwenkstift gelagert ist, hat sie in kurzem Abstand gegenüber einer entsprechenden, am Schwenkstutzen (36) vorgesehenen Fläche (60) eine vorzugsweise ebene Fläche (58), um dadurch einen Endanschlag für das Lager (46) und die Treibrolle (30) zu bilden. Ein Haltestift (62) ist an der Lagerplatte (56) angebracht, sodaß er sich axial durch die Rolle (30) erstreckt, um die Rolle (30) während des Zusammenbaus des Getriebes festzuhalten.A drive roller gear according to Fig. 1 consists of a housing (10) in which coaxial input and output shafts (12,14) are rotatably mounted on bearings (16 and 18). Torical disks (20,22) are mounted on the input and output shafts (12,14) opposite one another in such a way that a toric cavity (24) of circular cross-section is formed between them. Drive rollers (26,28,30) (see Fig. 2) are rotatably mounted within the toric cavity (24) so that they engage with the toric drive disks to transmit rotary motion. The drive rollers (26, 28 and 30) are mounted in the housing (10) on pivot supports (32, 34, 36) which are supported directly by the housing (10) via support support rollers (38) on hard metal bearing surfaces (40) recessed in the housing (10). Each pivot support has a drive roller support arrangement (44) with a drive roller bearing (46) which consists of a spring arrangement (48) with spaced pivot balls or pins (50) between which spring bearing parts (52) with layers of disc springs (54) are arranged. The spaced pivot pins (50) are arranged parallel to the axis of the associated pivot support to allow slight displacement of the drive rollers (30) in relation to the drive support (30) in a direction perpendicular to the pivot support axis. The springs (54) are very stiff as a pack together, but provide a certain degree of compliance. The actual travel may be as little as 0.76 mm. Although the bearing plate (56) is supported by a pivot ball or pivot pin, it has a preferably flat surface (58) a short distance from a corresponding surface (60) provided on the pivot stud (36) to thereby form an end stop for the bearing (46) and the drive roller (30). A retaining pin (62) is attached to the bearing plate (56) so as to extend axially through the roller (30) to hold the roller (30) in place during assembly of the gear box.

Fig. 2 zeigt die drei Treibrollen und ihre Anordnung im Getriebe. Alle drei Rollen und Rollenlagerungen sind gleich. Die Schwenkstutzenlagerrollen sind an entgegengesetzten Enden des Schwenkstutzens mittels Lagerbolzen (64) montiert, die über die Stützrollen hinausreichen und die Zahnradteilstücke (66) festhalten, die im Eingriff mit entsprechenden Zahnradteilen der benachbarten Treibrollenschwenkstutzen stehen und dadurch gleichzeitiges Verschwenken aller Treibrollen im Getriebe sicherstellen.Fig. 2 shows the three drive rollers and their arrangement in the gearbox. All three rollers and roller bearings are the same. The swivel connector bearing rollers are mounted at opposite ends of the swivel connector by means of bearing bolts (64) that extend beyond the support rollers and hold the gear sections (66) that engage with corresponding gear parts of the adjacent drive roller swivel connectors and thereby ensure simultaneous swiveling of all drive rollers in the gearbox.

Um eine Präzessionsbewegung der Treibrollen (26-30) verursachen zu können, weisen die Treibrollenlagerplatten (56) im wesentlichen in der Schwenkachse des Schwenkstutzens (36) angeordnete Präzessionsstifte (68) auf, die mit einem in einem Zylinder (72) angeordneten Präzessionskolben (70) verbunden sind.In order to be able to cause a precessional movement of the drive rollers (26-30), the drive roller bearing plates (56) have precessional pins (68) arranged essentially in the pivot axis of the pivoting socket (36), which are connected to a precessional piston (70) arranged in a cylinder (72).

Die Präzessionskolben (70) sind durch Federn (74) in einer Richtung beaufschlagt und können durch eine dem Zylinder (72) zugeleitete Druckflüssigkeit in eine der Kraft der Feder (74) entgegengesetzte Richtung bewegt werden, um eine Anderung des Übersetzungsverhältnisses einzuleiten.The precession pistons (70) are acted upon in one direction by springs (74) and can be moved in a direction opposite to the force of the spring (74) by a pressure fluid supplied to the cylinder (72) in order to initiate a change in the transmission ratio.

Fig. 3 zeigt in stark übertriebenem Verhältnis die Anordnung der Hartmetall-Lagerfläche (40), die wie gezeigt, im Bezug auf die Treibrollenschwenkachse, die tangential den Mittenkreis des torischen Hohlraumes (24) berührt, leicht versetzt ist, um dadurch in einer Schwenkendstellung größere Eingriffskräfte zu erzeugen als in der entgegengesetzten Endstellung. es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die Versetzung recht gering ist; die tatsächlich dadurch verursachte Federbewegung ist lediglich etwa 0,76 mm.Fig. 3 shows, in greatly exaggerated proportions, the arrangement of the hard metal bearing surface (40) which, as shown, is slightly offset in relation to the drive roller pivot axis which tangentially touches the center circle of the toric cavity (24) in order to thereby generate greater engagement forces in one pivoting end position than in the opposite end position. It should be noted, however, that the offset is quite small; the spring movement actually caused by it is only about 0.76 mm.

Ein solches Getriebe ist klein, einfach und in der Herstellung billig, sodaß es für den Antrieb von kleinen Fahrzeugen wie Motorräder oder von Zusatzgeräten für Kraftfahrzeuge wie zum Beispiel die Lenkhilfe-Pumpe oder den Kompressor der Klimaanlage, die vorzugsweise mit etwa konstanter Geschwindigkeit betrieben werden, während der Energieerzeuger, das heißt der Fahrzeugmotor weitgehenden Geschwindigkeitsänderungen unterliegt. Die Geschwindigkeit kann bei solchen Anwendungen in einfacher Weise mit einer Kontrolleinrichtung gemäß US-Patent 4,501,172 eingestellt werden. Wenn im Zusatzgeräte-Antrieb eine Lenkhilfe-Pumpe enthalten ist, kann die hiermit produzierte Druckflüssigkeit in Kombination mit einer Anordnung nach US-Patent 4, 830, 578 direkt zur Ausgangswellengeschwindigkeitsregelung benutzt werden. In jedem Fall wird die Druckflüssigkeit den Regelzylindern (72) des vorliegenden Getriebes zugeleitet um eine Einstellung des Übersetzungsverhältnisses zu erzeugen, bei dem die Ausgangswellengeschwindigkeit einen gewünschten Flüssigkeitsfluß produziert, was eine einfache und billige Regeleinrichtung mit einer für die meisten Anwendungen ausreichenden Genauigkeit darstellt.Such a transmission is small, simple and inexpensive to manufacture, so that it is suitable for driving small vehicles such as motorcycles or auxiliary devices for motor vehicles such as the power steering pump or the compressor of the air conditioning system, which are preferably operated at a roughly constant speed, while the energy generator, i.e. the vehicle engine, is subject to extensive speed changes. In such applications, the speed can be easily adjusted using a control device according to US Patent 4,501,172. If a power steering pump is used in the auxiliary device drive is included, the hydraulic fluid produced hereby can be used directly for output shaft speed control in combination with an arrangement according to US Patent 4,830,578. In any case, the hydraulic fluid is fed to the control cylinders (72) of the present transmission to produce a gear ratio setting at which the output shaft speed produces a desired fluid flow, which represents a simple and inexpensive control device with sufficient accuracy for most applications.

Claims

1. A continuously variable drive roller gear, comprising a housing (10), coaxial input and output shafts (12, 14) rotatably mounted in the housing (10), two toric drive disks (20, 22) arranged opposite one another, one of which is connected to the input shaft (12) and the other to the output shaft (14), the toric disks (20, 22) having opposite drive surfaces forming a toric cavity (24) of circular cross-section between them, and at least two drive rollers (26-30) which transmit movement and are arranged angularly symmetrically in the cavity (24) and are in engagement with the toric disks (20, 22) for transmitting movement, each of the drive rollers being rotatably mounted in the housing (10) on a pivoting support (32-36) which can pivot about an axis tangential to the center circle of the toric cavity (24), characterized in that each of the pivot supports (32-36) has a pair of axially spaced, rotatably mounted bearing rollers (38) arranged on opposite sides of the drive roller (26,28,30) and the housing (10) has part-circular bearing surfaces (40) made of hard metal which are arranged closest to the pivot supports (32-36) and support the bearing rollers (38) in order to bring the drive rollers (26-30) on the pivot supports (32-36) into frictional engagement with the toroidal discs.

2. A continuously variable drive roller transmission according to Claim 1, characterized in that the drive rollers (26-30) are supported by axial thrust bearings (46) and that power transmission devices (48-54) are arranged between the axial thrust bearings (46) and the pivoting supports (32-36).

3. A continuously variable drive roller transmission according to claim 2, characterized in that the power transmission device (48-54) is pivotable at opposite ends, i.e. is mounted at one end on the axial thrust bearing (46) and at the other end on the pivot connection (32-36).

4. A continuously variable drive roller transmission according to claim 3, wherein the power transmission device (48-54) has a disk spring arrangement (48) with relatively movable spring retaining members (52), one of which rests on the thrust bearing (46) and the other on the pivot socket (32-36), the disk springs (54) being stacked between the spring retaining members (52) so that they retain the drive rollers (26-30) resiliently in engagement with the toroidal disks (20, 22).

5. A continuously variable drive roller transmission according to claims 2, 3 or 4, characterized in that the force transmission device (48-54) is resiliently compliant and the part-circular bearing surfaces (40) have a center of curvature which is slightly offset from the center circle of the toric cavity (24) in the axial direction of the toric disks (20, 22) in order to thereby generate greater drive roller engagement forces in a pivoting end position of the pivoting connectors (32-36) than in the opposite pivoting end position.

6. A continuously variable drive roller gear according to one of claims 2 to 5, characterized in that the part-circular bearing surfaces (40) consist of hardened metallic inserts which are embedded in corresponding recesses (42) in the housing (10).

7. A continuously variable drive roller transmission according to one of claims 2 to 6, characterized in that the pivoting socket (32-36) has gear sections (66) at opposite ends which are in engagement with corresponding gear sections of the corresponding adjacent pivoting sockets (32-36) in order to thereby ensure a simultaneous pivoting movement of the pivoting sockets (32-36).

8. A continuously variable drive roller transmission according to one of claims 2 to 7, characterized in that the drive roller bearing (46) is connected via a precession pin (68) to a precession piston (70) which is arranged in a cylinder (72) which can be pressurized with hydraulic fluid and can cause an axial precession movement of the drive roller (26-30) and thus initiate a change in the transmission ratio.

9. A continuously variable drive roller transmission according to claim 8, characterized in that the piston (70) is pressurized in one direction by a spring (74), whereby pressure fluid can be supplied to the cylinder (72) in such a way that the piston (70) can be pressurized in the opposite direction against the force of the spring (74).