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Die Erfindung betrifft stufenlose Getriebe und insbesondere
ein Getriebe, das zwei Moden oder Betriebsarten hat.
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In einer ersten Betriebsart treibt ein Ausgabeelement eines
Variator, wie etwa eines Torusring-Rollengetriebes - direkt
eine Ausgangswelle oder ein anderes Getriebeelement etwa
über eine einfache Verzahnung oder eine Kettenverbindungen.
Im eine Betriebsart treibt das Ausgangselement des
Variators das Ausgangsgetriebe über eine epizyklische Bewegung
an, welche eine Leistungsrückführung erzeugt. In beiden
Bereichen kann das Übertragungsverhältnis zwischen den
Eingangs- und Ausgangselementen des Variators kontinuierlich
zwischen einem Minimum und einem Maximum verändert werden.
Bei einem Torus-Reibrollen-Antriebsvariator wird die
Veränderung des Übersetzungsverhältnisses durch Mittel zum
Verändern der Rotationsachse von Rollen durchgeführt, welche
an Torusringen angreifen, die von den Eingangs- und
Ausgangselemente des Variators definiert sind.
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Normalerweise wird die zweite Betriebsart für
Geschwindigkeitsverhältnisse zwischen rückwärts und
niedriger Vorwärtsgeschwindigkeit verwendet und die erwähnte
erste Betriebsart wird für höhere Geschwindigkeiten benutzt.
Verschiedene Beispiele für solche Übertragungen sind gut
bekannt.
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Es ist nötig, Mittel vorzusehen, um von einer Betriebsart
in die anderen zu wechseln. Mehrere solcher Mittel sind
bekannt. Das in GB-A-2159591, welches die den Oberbegriff des
Anspruchs bildenden Merkmale offenbart, beschriebene Mittel
beruht auf der Ausbildung des Getriebes so, daß es eine
relative Umkehrung zwischen den Übertragungswegen von dem
Ausgangselement des Variators zur Ausgangswelle enthält.
Das bekannten System enthält einen Einwegantrieb (wie eine
Freilaufkupplung), um den Wechsel zu erzielen, und in dem
speziellen in der Anmeldung beschriebenen Beispiel einen
automatischen Übergang zwischen den Betriebsarten. Die
Anordnung ist jedoch so, daß der Übergang zwischen den
Betriebsarten an einen Punkt geschehen muß, der innerhalb des
Variationsbereichs des Übertragungsverhältnisses des
Variators ist. Außerdem ist das Antriebssystem zwischen den
Planetenrollen und dem Getriebeelement kompliziert und enthält
zwei parallele Wege, wobei ein Weg üblicherweise eine
Freilaufkupplung und der andere Weg ein Verriegelungselement
enthält.
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Die Hauptaufgabe der Erfindung ist es, ein Getriebe von im
allgemeinen ähnlicher Art zu schaffen, bei welchem der
Wechsel zwischen den Betriebsarten ein stoßfreier
synchronisierter Wechsel ist, wobei kein Wechsel in dem
Gesamtübertragungsverhältnis während des
Betriebsartswechsels auftritt, und bei dem das Getriebe wesentlich
vereinfacht ist, wobei die Verwendung paralleler Übertragungswege
zwischen dem Leistungsrückführungssystem und dem
Getriebeausgangselement und der demzufolge notwendigen
Wechsel des Übertragungsweg in der zweiten Betriebsart
vermieden wird.
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Die Erfindung schafft ein stufenlos veränderbares Getriebe
mit einer drehbaren Eingangswelle und einem drehbaren
Ausgangsgetriebeelement, einem Torusring-Reibrollengetriebe
mit einem ersten, zusammen mit der Eingangswelle drehbaren
Torusringelement, einem zweiten, relativ zur Eingangswelle
drehbaren Torusringelement und Rollen, die mit dem
Torusring des ersten und zweiten Torusringelementes in Eingriff
stehen und einstellbar sind, um ein stufenlos
veränderliches
Übertragungsverhältnis zwischen dem ersten und dem
zweiten Torusring zu schaffen; einem Planetenrollengetriebe
mit einer Stirnfläche auf dem zweiten Ringelement und einer
Stirnfläche auf einem mit der Eingangswelle drehbaren
Scheibenelement sowie einer Anzahl von Rollen, die durch
einen Planetenradträger getragen werden und mit den beiden
Stirnflächen in Eingriff stehen, wobei der
Planetenradträger entsprechend einer Drehzahldifferenz, zwischen der
Eingangswelle und dem zweiten Ringelement getrieben wird,
einer ersten Antriebsverbindung zwischen dem zweite
Ringelement und dem Ausgangsgetriebeelement, wobei die erste
Antriebsverbindung eine erste Kupplung enthält; und einer
zweiten Antriebsverbindung zwischen dem Planetenradträger
und dem Ausgangsgetriebeelement mit einer zweiten Kupplung,
wobei - je nach Betätigung der Kupplung - das Getriebe
entweder in einer ersten oder zweiten Betriebsart betreibbar
ist, wobei die erste Betriebsart sich von einem Bewegungs-
Umkehrverhältnis zwischen der Eingangswelle und dem
Ausgangsgetriebeelement über einen Leerlaufzustand bis zu
einem niedrigen Vorwärts-Drehzahlverhältnis zwischen der
Eingangswelle und dem Ausgangsgetriebeelement erstreckt, wenn
die zweite Kupplung in Eingriff ist, und die zweite
Betriebsart sich von dem niedrigen
Vorwärts-Drehzahlverhältnis zu einem höheren Vorwärts-Drehzahlverhältnis
zwischen der Eingangswelle und dem Ausgangsgetriebeelement
erstreckt, wenn die erste Kupplung in Eingriff ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste und die zweite
Antriebsverbindung nicht-epizyklische direkt verzahnte
Zwischengetriebe oder Kettenantriebsverbindungen sind, und daß die
Übertragungsverhältnisse des Getriebes so gewählt sind, daß
das niedrige Vorwärts-Drehzahlverhältnis einer maximalen
Drehzahluntersetzung innerhalb der veränderbaren
Getriebeeinheit für beide Betriebsarten entspricht.
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Somit ist das Getriebe so angeordnet, daß wenn die "untere"
Betriebsart maximale Vorwärtsgeschwindigkeit erzeugt, das
Verhältnis des Variators bei maximaler Untersetzung liegt,
und dies der minimalen Vorwärtsgeschwindigkeit entspricht,
die in der "hohen" Betriebsart erzeugt wird. Ein Wechsel
zwischen den Betriebsarten unter diesen Umständen ist ein
stoßfreier synchronisierter Wechsel. Nur einfache
Auskupplung- und Einkupplung-Arbeitsgänge sind für den
Wechsel notwendig, und wenn Kupplungen sowohl im
Getriebeweg direkt von dem Ausgangselement des Variators zum
Ausgangsgetriebeelement (wie etwa der Ausgangswelle) und in
dem Getriebeweg zwischen dem Leistungsrückführungssystem und
dem erwähnten Ausgangsgetriebeelement vorgesehen sind,
können beide Kupplungen während des Wechsels zwischen den
Arbeitsbereichen im Eingriff sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung
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Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
In Fig. 1 ist an einer Eingangswelle 1 für die
Getriebeeinheit ein erstes Eingangselement 2 einer Variablen
Getriebeeinheit - im weiteren als Variator bezeichnet - befestigt,
das einen torusförmigen Ring umfaßt, der einem zweiten
Ausgangselement 3 der Einheit gegenüberliegt, das ebenfalls
einen torusförmigen Ring enthält. Rollen 4 greifen die
beiden torusförmigen Ringe ein, und mittels eines bekannten
Einstellsystems 5 können ihre Rotationsachsen verändert
werden, um ein kontinuierlich veränderbares
Übersetzungsverhältnis zwischen den Eingangs- und
Ausgangselementen der Einheit zu erzeugen. Üblicherweise kann der Bereich
des Übertragungsverhältnisses zwischen einem Maximum von
1,6 und einem Minium von 0,4 variieren, obwohl diese
Zeichnungen nur als Beispiel dienen.
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Ebenfalls in Bezug auf die Eingangswelle 1 festgelegt ist
eine Scheibe 6, die der Rückseite des Ausgangselement 3
gegenüberliegt. Zwischen der Scheibe 6 und dem
Ausgangselement 3 ist ein Planetenradträger 7 vorhanden, der Rollen 8
(von denen nur eine gezeigt ist) trägt, welche die einander
gegenüberliegenden axial ausgerichteten Flächen des
Ausgangselements 3 und der Scheibe 6 eingreifen. Die Rolle
8 ist auf einer radial ausgerichteten Welle 9 in dem Träger
gelagert, dessen weitere Verbindung später beschrieben
wird. Die Rollen 8 erzeugen den Endschub für das
Ausgangselement 3 des Variators.
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Ein Ausgangsgetriebeelement für das Getriebe ist in dieser
Ausführungsform durch eine Ausgangswelle 11 gebildet, die
ein Abschlußantriebszahnrad 12 trägt, das in ein
Eingangszahnrad 13 - z. B. eines Differentials 14 -
eingreift, das z. B. in an sich bekannter Art mit Konstant-
Geschwindigkeitsverbindungen 15 und 16 im Eingriff steht,
die jeweils Halbwellen 17 und 18 antreiben. Es ist jedoch
zu verstehen, daß diese Abschlußantriebsanordnung nur als
Beispiel für die Anwendung der Ausführungsform gezeigt
wird, in der sie als Teil eines Vorderradantriebs für ein
Fahrzeug benutzt wird.
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Das Ausgangselement 3 des Variators hat einen Zahnradring
19, der in einen Zahnradring 20 an einem Buchsenelement 21
eingreift, das mittels einer Kupplung 23 eine Buchse 22
antreiben kann, die einstückig mit oder befestigt an der
Endausgangsantriebswelle 11 des Getriebes ist. Die
Verbindung zwischen dem Ausgangselement 3 und dem
Ausgangsgetriebeelement 11 ist somit eine einfache
Zahnradverbindung, obwohl eine einfache direkte Kettenverbindung
oder ein Zahnring mit Führungsrollen statt dessen benutzt
werden kann.
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Für den Übertragungsweg zwischen der Planetengetriebe und
der Ausgangsantriebswelle 11 ist über eine Kettenverbindung
zwischen dem Zahnradring 10 und der Zahnradbuchse 24, die
mit der Buchse 22 und somit mit der Welle 11 durch die
Kupplung 25 verbunden werden kann, vorgesehen. Nochmals
verdeutlicht, dies ist ein einfaches Getriebesystem, das
keine parallelen Wege benötigt, und auch durch einen
Zahnriemen (möglicherweise mit Leerlaufrollen) gebildet werden
kann.
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Zwei-Betriebsart-Systeme haben normalerweise einen
"niedrigen" Betriebsart, in welchem das Übersetzungsverhältnis
zwischen dem Eingang und dem Endausgang zwischen rückwärts
zu niedriger Vorwärtsgeschwindigkeit über eine neutrale
Phase, die als "Leerlauf" bekannt ist, verändert werden
kann. In diesem Bereich findet die Leistungsrückführung
über ein oder mehrere Planetenradsysteme statt, wie es in
der Ausführungsform von Fig. 1 gezeigt ist. In einem
"hohen" Betriebsart erstreckt sich das Übertragungsverhältnis
von einer niedrigen Vorwärtsgeschwindigkeit zur vollen
Geschwindigkeit, was für gewöhnlich eine
Schnellganggeschwindigkeit ist; in diesem Betriebsart ist der
Ausgang der veränderbaren Getriebeeinheit oder des Variators
einfach, das heißt nicht über ein Planetenradsystem, mit
dem Ausgangsgetriebeelement, nämlich der Endausgangswelle
verbunden.
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Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform ist - insoweit die
beiden Betriebsarten betroffen sind - von dieser Art. Es
verwendet anstelle der üblicheren
Planetenzahnradverbindung anstelle der üblicheren
Planetenzahnradverbindung ein Rollenrücklaufsystem, das für sich
genommen bekannt ist im "niedrigen" Betriebsart. Insbesondere
sind die Verhältnisse in der Erfindung jedoch so gewählt,
daß wenn der "niedrige" Leistungsrückführungs-Betriebsart
eine maximale Vorwärtsgeschwindigkeit liefert, das
Verhältnis der veränderbaren Einheit bei maximaler Untersetzung
liegt. Üblicherweise, wenn das Übersetzungsverhältnis
innerhalb der veränderbaren Getriebeeinheit zwischen 1,6 und
0,4 geändert werden kann, erstreckt sich der entsprechende
Variationsbereich in dem gesamten Getriebeverhältnis
zwischen Eingangs- und Endausgangswellen von -0,25 (wenn das
Verhältnis innerhalb der veränderbaren Getriebeeinheit 1,6
ist) zu +0,25 (wenn das veränderbare Verhältnis innerhalb
der veränderbaren Getriebeeinheit 0,4 entspricht). Nochmals
gesagt sei, daß diese Zahlen nur als Beispiel dienen. Der
Punkt, bei welchem die maximale Untersetzung innerhalb der
veränderbaren Getriebeeinheit auftritt, entspricht der
maximalen Untersetzung in der Einheit für den "Hohe"
Betriebsart. Somit kann der Wechsel zwischen den
Betriebsarten ein stoßloser synchroner Wechsel sein.
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Der Wechsel zwischen den Betriebsarten wird mittels der
Betätigung der Kupplungen 23 und 25 durchgeführt. Beide
Kupplungen können während der Wechselphase im Eingriff sein.
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In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist nur ein
Kupplungsumschaltvorgang beim Betriebsartswechsel
involviert, und dementsprechend schafft die Ausführungsform ein
kontinuierlich veränderbares Übersetzungsverhältnis
zwischen - üblicherweise - 0,25 rückwärts, über Leerlauf bis -
üblicherweise - 1,6 : 1 im Schnellgang.
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Der Ausführungsform nach Fig. 1 ist das
Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes 1 : 1. Dies ist nicht nötig,
wie in Fig. 2 dargestellt.
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In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform sind die Rollen
des Planetenradgetriebes in Bezug zu dem Ausgangselement 3
der veränderbaren Getriebeeinheit und der Scheibe 6
geneigt. Der Planetenrad-Träger 7 ist mittels einer Buchse
mit dem Zahnrad 10 verbunden, welches das Zahnrad 24 über
eine Kettenverbindung antreibt, wie in Bezug auf Fig. 1
beschrieben wurde. Das Ausgangselement 3 ist mittels einer
Buchse mit einem Zahnrad 19a verbunden, welches ein Zahnrad
20 der Ausgangswelle 11 eingreift.
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Bei dieser Ausführungsform ist das
Geschwindigkeitsverhältnis des Planetenradgetriebes nicht 1 : 1, sondern kann zur
Begünstigung des Vorwärts- oder Rückwärtsgangs verschoben
sein, so daß ein höheres Gesamtübersetzungsverhältnis beim
Rückwärtsgang auf Kosten eines niedrigeren
Gesamtübersetzungsverhältnisses bei der Vorwärtsbewegung oder - je nach
Präferenz umgekehrt - geschaffen wird.
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Ein weiterer Unterschied zwischen den Ausführungsformen
ist, daß in Fig. 1 die Antriebsverbindung des
Ausgangselementes 3 mit der Endantriebswelle intern angeordnet ist,
d. h. innerhalb des Planetenradsystems. Jedoch kann es für
Getriebesysteme, die für höhere Leistungsabgabe vorgesehen
sind, vorzuziehen sein, die in Fig. 2 gezeigte
Ausgestaltung anzunehmen, wobei der Antrieb von dem
Ausgangselement 3 der veränderbaren Übersetzungseinheit sowohl direkt
als auch über das Planetenradgetriebe auf die Rückseite des
Getriebesystems herausgeführt wird.
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Bei beiden Ausführungsformen können die Arbeitsgänge des
Einkuppelns und Auskuppelns, die für den
Betriebsartswechsel benötigt werden, jeweils synchron durchgeführt werden.
Auch wenn der Bereich des
Abtriebsgeschwindigkeitsverhältnisses des Rollenrücklaufabschnitts selbst numerisch nicht
für einen synchronisierten Wechsel geeignet ist, führen die
Untersetzungs- oder Übersetzungsverhältnisse, die in den
Antriebsverbindungen zu dem Endantriebselement möglich sind,
dazu, daß die Geschwindigkeiten jeweils geeignet zueinander
passen, um einen synchronisierten Wechsel zu erreichen.