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Die vorliegende Erfindung betrifft stufenlos verstellbare
Getriebe.
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Kombinationen aus stufenlos verstellbaren Getrieben und
Differentialgetrieben für Fahrzeuge befinden sich seit
einigen Jahren in der Entwicklung. Diese Einheiten besitzen
eine angetriebene Eingangswelle mit einer ersten
veränderlichen Antriebsscheibe, eine angetriebene Welle mit einer
zweiten veränderlichen Antriebsscheibe und einen um die
beiden Scheiben geführten V-Riemen. Die erste
veränderliche Antriebsscheibe an der Eingangswelle hat ein festes
Scheibenelement und ein verstellbares Scheibenelement. Das
verstellbare Scheibenelement wird in Axialrichtung entlang
der Eingangswelle in Richtung auf das feste
Scheibenelement und von diesem weg bewegt, um den wirksamen
Durchmesser der ersten veränderlichen Antriebsscheibe zu
verändern. Die zweite veränderliche Antriebsscheibe an der
angetriebenen Welle umfaßt ein festes Scheibenelement und
ein verstellbares Scheibenelement, das in Axialrichtung
entlang der angetriebenen Welle bewegt wird, um den
wirksamen Durchmesser der zweiten veränderlichen
Antriebsscheibe zu verändern. Das verstellbare Scheibenelement der
zweiten veränderlichen Antriebsscheibe wird durch eine
Feder
vorgespannt und hydraulisch gegen das feste
Scheibenelement gedrückt, so daß die zweite veränderliche
Antriebsscheibe ihren wirksamen Durchmesser in Abhängigkeit
von Änderungen des wirksamen Durchmessers der ersten
veränderlichen Antriebsscheibe ändert und die Spannung des V-
Riemens aufrechterhalten bleibt.
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Die angetriebene Welle treibt ein umkehrgetriebe an.
Dieses Umkehrgetriebe treibt ein Differential über ein
Drehzahlreduktionssystem an. Das Drehzahlreduktionssystem kann
durch Reduktionsräder oder eine um ein Antriebskettenrad
und ein angetriebenes Kettenrad geführte Kette gebildet
werden. Das Differential treibt die Achswellen an, an
denen die Räder montiert sind.
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Die Getriebeantriebswelle wird von einer Antriebsquelle
mit wesentlich höherer Drehzahl als der Drehzahl, mit der
sich die Achswellen drehen, angetrieben. Der V-Riemen und
die erste und zweite veränderliche Antriebsscheibe treiben
die Ausgangswelle mit Drehzahlen an, die geringer sind als
die Antriebswellendrehzahl, die dieser entsprechen oder
höher sind als diese. Aufgrund der Tatsache, daß die
angetriebene Welle schneller angetrieben werden kann als die
Eingangswelle, ist eine beträchtliche Drehzahlreduzierung
zwischen der angetriebenen Welle mit der zweiten
veränderlichen Antriebsscheibe und den Achswellen erforderlich.
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Die Drehzahlreduziersysteme, die in der Vergangenheit
verwendet wurden, benötigen beträchtlichen Raum, der bei
vielen Fahrzeugen nicht zur Verfügung steht. Die
Einstufen-Drehzahlreduzierung reduziert ferner die Möglichkeit,
die festen Übersetzungsverhältnisse zu verändern.
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Den relevantesten Stand der Technik bildet die
JP-A 60-249757, die allgemein ein stufenlos verstellbares
Getriebe mit einer ersten veränderlichen Antriebsscheibe,
einer zweiten veränderlichen Antriebsscheibe, einem um die
erste und zweite veränderliche Antriebsscheibe geführten
V-Riemen und einem Drehzahlreduktionsantrieb, der von der
zweiten veränderlichen Antriebsscheibe angetrieben wird,
beschreibt. Das stufenlos verstellbare Getriebe umfaßt ein
Planetenreduktionsgetriebe mit festem
Untersetzungsverhältnis, das ein Sonnenrad, ein Umkehrgetriebe und Achs
wellen aufweist, die von einem Differentialgetriebe
angetrieben werden. Das Differentialgetriebe wird vom
Planetenreduktionsgetriebe mit festem Untersetzungsverhältnis
angetrieben.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen
wirksamen und besonders kompakten Fahrzeugantrieb zu
schaffen.
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Erfindungsgemäß wird dieses Ziel durch ein kontinuierlich
verstellbares Getriebe erreicht, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß das Umkehrgetriebe vom
Drehzahlreduktionsantrieb angetrieben wird und daß das
Planetenreduktionsgetriebe mit festem Untersetzungsverhältnis mit dem
Sonnenrad mit axialem Abstand vom Umkehrgetriebe angeordnet ist
und von diesem in der einen oder anderen Richtung
angetrieben wird.
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Ein bevorzugtes stufenlos verstellbares Getriebe (CVT),
das erfindungsgemäß ausgebildet ist, umfaßt einen
Riemenantrieb mit verstellbarer Drehzahl. Die Eingangswelle für
den Riemenantrieb mit verstellbarer Drehzahl wird über
einen Drehmomentwandler von einem Motor angetrieben. Die
Ausgangswelle des CVT treibt eine erste
Drehzahlreduktionseinheit an, die ein Planetenreduktionsgetriebe
antreibt.
Das Planetenreduktionsgetriebe treibt ein
Differentialgetriebe und Antriebsachsen an.
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Das Planetenreduktionsgetriebe umfaßt ein Eingangsan
triebssonnenrad, das Planetenräder antreibt. Die
Planetenräder kämmen mit einem festen Ringrad. Ein Träger für ein
Differentialkegelrad bildet auch den Planetenradträger und
wird von den Planetenrädern mit reduzierter Drehzahl
angetrieben.
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Ein Umkehrgetriebe bzw. Wendegetriebe kann zwischen der
ersten Reduktionseinheit und dem
Planetenreduktionsgetriebe oder zwischen dem Riemenantrieb mit verstellbarer
Drehzahl und dem Planetenreduktionsgetriebe angeordnet
sein.
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Durch die Verwendung eines Planetenreduktionsgetriebes,
das direkt mit dem Differential in Verbindung steht,
können sich die erste Drehzahlreduktionseinheit und das
Umkehrgetriebe mit höherer Drehzahl drehen und ein
geringeres Drehmoment übertragen. Durch das geringere
Drehmoment können in der ersten Drehzahlreduktionseinheit und
dem Umkehrgetriebe kleinere Komponenten verwendet werden.
Die Größe der Getriebeanordnung kann durch die Verwendung
von kleineren Komponenten in der ersten Reduktionseinheit
und dem Umnkehrgetriebe verringert werden.
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Das Planetenreduktionsgetriebe mit dem Differential kann
in einfacher Weise modifiziert werden, um das
Drehzahlreduktionsverhältnis zu verändern. Durch Änderung des
Drehzahlreduktionsverhältnisses kann das Getriebe an
unterschiedliche Reifengrößen und unterschiedliche
Fahrzeuganforderungen angepaßt werden.
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird
nunmehr eine beispielhafte Ausführungsform derselben in
Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläutert.
Hiervon zeigen;
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Figur 1 eine durch die Antriebswellen geführte
Schnittansicht eines stufenlos
verstellbaren Getriebes und Achsantriebes;
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Figur 2 eine Seitenansicht, die die Relativlage
der Antriebswellen und der Riemen- und
Kettenantriebe zeigt;
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Figur 3 eine Schnittansicht durch das
Umkehrplanetengetriebe entlang Linie 3-3 in
Figur 1; und
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Figur 4 eine Schnittansicht durch das
Endantriebs-Planetenreduktionsgetriebe
entlang Linie 4-4 in Figur 1.
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Ein stufenlos verstellbares Getriebe (CVT) 10 und ein
Achsantrieb besitzen ein Glockengehäuse 12, das über
Hohldübel 14 und Bolzen, die sich durch Durchgangslöcher
16 erstrecken, mit einer Brennkraftmaschine verbolzt
werden kann. Ein Drehmomentwandler 18, der in Figur 1 gezeigt
ist, ist über Bolzen 22 an einer Antriebsplatte 20
befestigt. Die Antriebsplatte 20 ist über Bolzen 26 an der
Antriebswelle 24 eines Motors befestigt, von der ein Teil
gezeigt ist. Ein Laufrad 28, das von der Kurbelwelle 24
des Motors gedreht wird, erzeugt einen
Strömungsmittelstrom. Das Strömungsmittel tritt mit einem Turbinenrad 30
in Kontakt und setzt dieses in Drehung. Ein Reaktor 32
leitet den Strömungsmittelstrom. Das Turbinenrad 30 ist an
einem Nabenelement 34 befestigt, das mit der Eingangswelle
36 des CVT verkeilt ist und diese antreibt. Eine
Sperrkupplung 38 sperrt den Drehmomentwandler 18 unter
bestimmten Betriebsbedingungen.
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Die Eingangswelle 36 des CVT treibt eine
V-Riemen-Antriebsscheibe 40 mit veränderlicher Drehzahl an. Die
Antriebsscheibe 40 besitzt ein festes Scheibenelement 42,
das einstückig mit der Eingangswelle 36 ausgebildet ist,
und ein verstellbares Scheibenelement 44, das auf der
Eingangswelle axial bewegbar ist. Das verstellbare
Scheibenelement 44 wird axial auf der Eingangswelle 36 bewegt, um
den wirksamen Durchmesser der Antriebsscheibe 40 zu
verändern. Unter Druck stehendes Öl wird über ein Steuersystem,
das nicht gezeigt ist, in Kammern 46 und 46a eingeführt
und aus diesen herausgeführt, um das verstellbare
Scheibenelement 44 zu bewegen.
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Ein V-Riemen 48 ist um die Antriebsscheibe 40 und eine
angetriebene Scheibe 50 mit veränderlicher Drehzahl geführt.
Ein Scheibenelement 52 der angetriebenen Scheibe 50 ist
einstückig mit einer Antriebswelle 54 ausgebildet. Die
Welle 54 und das Scheibenelement 52 drehen sich um eine
Achse 56. Die angetriebene Scheibe 50 besitzt ein
verstellbares Scheibenelement 58, das axial auf der
Antriebswelle 54 bewegbar und in Richtung auf das andere
Scheibenelement 52 vorgespannt ist. Die Vorspannung wird von einem
hydraulischen Steuersystem geliefert, das unter Druck
stehendes Öl in dosierter Weise in Kammern 62 und 62a und aus
diesen heraus führt. Tellerscheiben oder Tellerfedern 60
setzen den V-Riemen beim Anlaufen unter Spannung, wenn der
Hydraulikdruck niedrig ist. Wenn das verstellbare
Scheibenelement 44 in Axialrichtung von dem unter Druck
stehenden Öl, das in die Kammern 46 und 46a geführt oder aus
diesen herausgeführt wird, bewegt wird, werden die
Tellerfedern 60 expandiert oder komprimiert, und das
verstellbare Scheibenelement 58 bewegt sich in Axialrichtung, um
den V-Riemen 48 unter einer geeigneten Spannung zu halten.
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Der V-Riemen 48 kann aus einer Position mit niedriger
Drehzahl in eine Position mit hoher Drehzahl überführt
werden, wie in Figur 2 gezeigt, wenn die Kammern 46 und
46a mit Öl gefüllt werden. Hierbei bewegt sich das
verstellbare Scheibenelement 44 nahe an das feste
Scheibenelement 42 heran, und der V-Riemen bewegt sich nach außen
zum Außenrand der Antriebsscheibe 40. Wenn sich der
V-Riemen 48 zum Außenrand der Antriebsscheibe 40 bewegt, bewegt
er sich auch in Richtung auf den Mittelpunkt der
angetriebenen Scheibe 50. Wenn sich der V-Riemen 48 in der in
Figur 2 gezeigten Position befindet, dreht sich die
Antriebswelle 54 mit einer geringeren Drehzahl als die
Eingangswelle 36. Durch das Bewegen des verstellbaren
Scheibenelementes 44 auf der Eingangswelle 36 in Richtung auf
das feste Scheibeelement 42 wird die Drehzahl der
Antriebswelle 54 erhöht. Wenn sich das verstellbare
Scheibenelement 44 in seiner nächsten Position zum festen
Scheibenelement 42 befindet, läuft die Antriebswelle 54
schneller als die Eingangswelle 36. Bei irgendeiner Stelle
in der Mitte des Antriebsbereiches des verstellbaren
Scheibenelementes 44 dreht sich die Antriebswelle 54 mit
der gleichen Drehzahl wie die Eingangswelle 36.
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Unter Druck stehendes Öl kann in die Kammern 62 und 62a
und aus diesen herausgeführt werden, um das verstellbare
Scheibenelement 58 in Richtung auf das feste
Scheibenelement 52 oder von diesem weg zu bewegen. Das verstellbare
Scheibenelement 58 wird bewegt, um die Spannung des
V-Riemens 48 zu steuern.
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Die Antriebswelle 54 dreht das Antriebszahnrad 64. Das
Antriebszahnrad 64 treibt eine geräuscharme Kette 66 an, die
um das Antriebskettenrad 64 und ein angetriebenes
Kettenrad 68, das um die Achse der Achse 70 drehbar ist, geführt
ist. Das Antriebskettenrad 64 ist kleiner als das
angetriebene Kettenrad 68, um die Drehzahl des angetriebenen
Kettenrades 68 zu reduzieren.
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Das angetriebene Kettenrad 68 ist über ein Rollenlager 74
drehbar am Gehäuse 72 gelagert. Ein Ringrad 76 ist am
angetriebenen Kettenrad 68 drehbar gelagert. Das
angetriebene Kettenrad 68 ist ferner über einen Keil mit einer
Muffe 77 verbunden. Das Sonnenrad 78 kann einstückig mit
der Muffe 77 ausgebildet oder über einen Keil damit
verbunden sein. Wenn eine Vorwärtskupplung 80 von einem
Kolben 82 blockiert wird, wird Drehmoment vom Sonnenrad 78
über ein Kupplungsantriebselement 84, das Außengehäuse 85
der Kupplung und die Muffe 86 auf das Sonnenrad 88
übertragen, das mit der Muffe 86 verkeilt ist.
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Um den Antrieb zu reversieren, wird die Vorwärtskupplung
80 gelöst und ein Bremsband 90 angelegt oder gespannt, um
das Ringrad 76 zu halten. Das Sonnenrad 78 dreht innere
Planetenräder 92, wie in Figur 3 gezeigt. Die inneren
Planetenräder 92 drehen äußere Planetenräder 94, die mit dem
Ringrad 76 reagieren und den Planetenträger 96 in einer
zur Drehrichtung des Sonnenrades 78 entgegengesetzten
Richtung drehen. Der Planetenträger 96 ist mit dem
Außengehäuse 85 der Kupplung, der Muffe 86 und dem Sonnenrad 88
verbunden.
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Falls gewünscht, kann der Vorwärts-Reversier-Antrieb im
Antriebszug bewegt werden. Er kann beispielsweise der
Antriebswelle 54 zugeordnet werden. Falls er dieser
zugeordnet ist, befände er sich unmittelbar nach dem Antrieb
veränderlicher Drehzahl. Durch eine derartige Lage würden die
Größe und Form des Gesamtgetriebes verändert. Eine solche
Größenänderung und Formänderung könnte für einige
Fahrzeuge von Vorteil sein.
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Das Sonnenrad 88 ist ein Teil des einfachen
Planetenreduktionsgetriebes 118 mit festem Reduktionsverhältnis. Das
Sonnenrad 88 treibt Planetenräder 98 an. Die Planetenräder
98 kämmen mit einem festen Ringrad 100. Der Planetenträger
102 trägt Stifte 104, an denen die Planetenräder 98
gelagert sind. Der Planetenträger trägt ferner das
Differential 106 und beherbergt dieses. Das Differential 106
umfaßt Kegelräder 108, die drehbar an einer Welle 110
gelagert sind, welche im Planetenträger 102 gelagert ist.
Kegelräder 112, die im Planetenträger 102 gelagert sind und
mit mindestens zwei Kegelrädern 108 kämmen, bilden
ebenfalls einen Teil des Differentials. Die beiden im
Planetenträger 102 gelagerten Kegelräder 112 besitzen mit
Keilnuten versehene Bohrungen, die Keilenden von Achsen 70 und
116 aufnehmen. Die Achsen 70 und 116 sind mit
Achsverlängerungen oder Wellen über Gelenke konstanter
Geschwindigkeit mit Rädern verbunden, die ein Fahrzeug antreiben und
lenken.
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Das Doppelplanetenumkehrgetriebe ist in Figur 3 gezeigt
und umfaßt ein Sonnenrad 78, zwei innere Planetenräder 92,
die mit dem Sonnenrad 78 kämmen, und zwei äußere
Planetenräder 94, die jeweils mit einem inneren Planetenrad 92 und
dem Ringrad 76 kämmen. Die bevorzugte Ausführungsform des
Doppelplanetenumkehrgetriebes besitzt vier innere
Planetenräder 92, die mit dem Sonnenrad 78 kämmen, und vier
äußere Planetenräder 94, die jeweils mit dem Ringrad 76
äußere Planetenräder 94, die jeweils mit dem Ringrad 76
und einem inneren Planetenrad 92 kämmen.
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Das einfache Planetenreduktionsgetriebe 118 mit festem
Reduktionsverhältnis ist in Figur 4 mit zwei Planetenrädern
98 zur Vereinfachung dargestellt. Das Getriebe kann mit
zwei Planetenrädern 98 Verwendung finden. Bei der
bevorzugten Ausführungsform des einfachen
Planetenreduktionsgetriebes 118 mit festem Reduktionsverhältnis finden jedoch
vier Planetenräder 98 Verwendung.
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Wie in Figur 1 gezeigt, besitzt das Differential 106 zwei
Kegelräder 108, die drehbar an einer Welle 110 gelagert
sind. Differentialgetriebe mit zwei Kegelrädern, die mit
Kegelrädern 112 kämmen, welche mit Keilen versehen sind,
die die Achsen 70 und 116 aufnehmen, sind üblich. Es ist
jedoch auch üblich, vier Kegelräder 108 zu verwenden,
falls dies gewünscht wird.
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Die erste Drehzahlreduktionseinheit mit Kettenrädern 64
und 68 und einer um die Kettenräder geführten
geräuscharmen Kette 66 kann durch miteinander kämmende Zahnräder
ersetzt werden, falls gewünscht.
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Das einfache Planetenreduktionsgetriebe 118 mit festem
Reduktionsverhältnis, das einen Teil des Differentials 106
bildet, hat eine Reihe von Vorteilen Hierdurch wird die
Belastung sämtlicher Teile des Getriebezuges zwischen der
Kurbelwelle 24 und dem Sonnenrad 88 reduziert. Aufgrund
der reduzierten Belastung können die Größe und das Gewicht
sämtlicher Komponenten verringert werden. Die vom Getriebe
zur Verfügung gestellten Antriebsverhältnisse können durch
Verändern der Kettenräder 64 und 68 und durch Verändern
der Zahnradverhältnisse im Planetenreduktionsgetriebe 118
verändert werden, um speziellen Fahrzeuganforderungen
gerecht zu werden. Durch die Fähigkeit, Modifikationen im
Antriebsverhältnis an zwei Stellen durchzuführen, wird die
Vielseitigkeit erhöht. Die Größe des Zahnrades 68, das in
das Getriebegehäuse einzupassen ist, ist begrenzt. Die
Antriebsverhältnisse können für unterschiedliche
Reifengrößen, unterschiedliche Arten von Fahrzeugen und für
unterschiedliche Verwendungszwecke von Fahrzeugen verändert
werden. Beispielsweise wird bei den Getrieben von
Fahrzeugschleppern das Antriebsverhältnis üblicherweise
verändert.