DE69802425T2

DE69802425T2 - Übertragungsring eines stufenlosen getriebes

Info

Publication number: DE69802425T2
Application number: DE69802425T
Authority: DE
Inventors: Noru Gogovitza
Original assignee: Designco Inc
Current assignee: Designco Inc
Priority date: 1997-09-23
Filing date: 1998-08-31
Publication date: 2002-07-25
Anticipated expiration: 2018-09-01
Also published as: DE69802425D1; AU8968998A; US6349607B1; CA2216361A1; JP2001517763A; WO1999015811A1; EP1015795B1; EP1015795A1; CA2216361C

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft schlupffreie stufenlose Drehmomentübertragungsvorrichtungen und insbesondere wiederrückstellbar verformbare Übertragungsringe, die sich einem Drehmoment anpassen und dieses zwischen Antriebs- und Abriebskegelzahnrädern oder Zahnradsätzen übertragen.

Hintergrund

Diese Erfindung betrifft schlupffreie, stufenlose Getriebe (CVTs), wie sie in meiner früheren PCT-Anmeldung, der das internationale Aktenzeichen Nr. PCT/CA97/00002 zugewiesen und unter der internationalen Veröffentlichungs-Nr. WO97/26469 veröffentlicht wurde, dargestellt und beschrieben wurden, die einen Übertragungsring mit einem Innenring, einem Außenring, wobei diese Ringe koaxial zu einer Ringachse angeordnet und aneinander befestigt sind, um eine Bewegung untereinander zu verhindern, und eine Vielzahl geschichteter Segmente offenbart, die verschiebbar bezüglich der Ringe angeordnet sind. Eine derartige Vorrichtung ist ebenfalls im französischen Patent Nr. 1,135,629 der N. S. U. Werke Aktiengesellschaft (die "NSU-Vorrichtung") offenbart.
Anders als bei früheren CVTs, die auf Reibung basierten und daher Schlupf hatten, verwenden derartige schlupffreie CVTs, wie sie für diese Erfindung relevant sind, einen Antriebszahnradsatz mit Kegelform oder konischer Form (manchmal als "Drehmomentkegelrad" bezeichnet), der das Drehmoment über einen Übertragungsring zu einem ähnlich geformten Abtriebszahnradsatz oder Zahnkranz überträgt. Der Übertragungsring besitzt an seinem Rand viele relativ dünne Lamellen, die zu dem Übertragungsring in senkrechter Richtung verschiebbar sind. Die Lamellen werden von "Zähnen" an den Zahnradsätzen verschoben, während sie sich zwischen den Zahnradsätzen bewegen, um sich im Allgemeinen der Oberflächenform der Zahnradsätze anzupassen. Im Endeffekt ist daher der Übertragungsring ein immerfort wiederverformbares Zahnrad, ein Bauteil, das sich wiederverformt, wenn es sich zwischen einem Zahnradsatz bewegt.
Der Übertragungsring stellt ein Drehmomentübertragungsmittel dar, das den Vorteil einer zahnradartigen Vorrichtung besitzt, indem es ein Drehmoment in einer dem Kämmen von Zahnrädern ähnlicher Weise überträgt. Mit anderen Worten erfolgt die Drehmomentübertragung im Wesentlichen eher mechanisch als auf Reibung basierend. Weiterhin wird sich der Übertragungsring der Teilung an beliebiger Stelle des Zahnradsatzes anpassen, indem er sich jedes Mal wiederverformt, wenn er sich durch den Zahnradsatz bewegt. Der Übertragungsring kann dafür seitlich zwischen dem Antriebs- und dem Abtriebzahnradsatz bewegt werden, um das Drehmomentübertragungsverhältnis zu variieren, das eine Funktion der relativen Durchmesser des Antriebs- und Abtriebszahnradsatzes an der Stelle des "Kämmens" mit dem Übertragungsring ist.
Für eine lange Lebensdauer muss der Übertragungsring robust, einfach herzustellen und zu montieren sein, sowie für einen Betrieb bei ziemlich hohen Geschwindigkeiten geeignet ausgewuchtet sein und ein minimales Spiel aufweisen.
Der NSU-Aufbau stellt einen Übertragungsring mit Innen- und Außenunterstützungsringen dar. Im Allgemeinen werden C-förmige Lamellen zwischen den Unterstützungsringen getragen. Der Innenunterstützungsring besitzt nach außen ragende Vorsprünge, auf denen die offenen Enden der C-förmigen Lamellen reiten. Der Außenunterstützungsring besitzt nach innen ragende Vorsprünge, auf denen die offenen Enden der C-förmigen Lamellen reiten. In dem NSU-Aufbau sind der Innen- und Außenring nicht fest miteinander verbunden, was massive Mängel bezüglich Auswuchtung für Hochgeschwindigkeitsbetrieb und Spiel zur Folge hat.
Mein früherer Aufbau überwindet einige der dem NSU-Aufbau anhaftende Mängel, indem die Innen- und Außenunterstützungsringe fest miteinander mit radial sich ausdehnenden, befestigten Lamellen ziemlich analog zu Speichen bei einem Rad verbunden werden. Ein Vorteil der starren Befestigung der Innen- und Außenunterstützungsringe besteht darin, dass eine Bewegung untereinander eliminiert wird, wodurch das Spiel reduziert wird. Zusätzlich werden die Innen- und Außenunterstützungsringe in einer fixierten konzentrischen Anordnung gehalten, wodurch das Auswuchten für den Betrieb bei höheren Geschwindigkeiten ermöglicht wird. Weiterhin vermindern die fixierten Lamellen den vorhandenen Spielraum.
Die fixierten Lamellen, die typischerweise durch Schweißen an den Innen- und Außenunterstützungsringen befestigt sind, bereiten gegenwärtig einige Probleme. Erstens müssen die beweglichen Lamellen am Platze sein, bevor die fixierten Lamellen befestigt werden. Die Anwesenheit der beweglichen Lamellen begrenzt den Zugang zu den fixierten Lamellen für das Schweißen. Weiterhin müssen die Innen- und Außenunterstützungsringe während dem Schweißen konzentrisch gehalten werden, um einen guten Sitz und eine gute Auswuchtung zu gewährleisten. Letztlich ist die Drehmomentübertragungseignung des Übertragungsringes abhängig von der Robustheit der fixierten Lamellen, was die Verwendung relativ dicker Bauteile nahe legen würde. Dies ist jedoch gerade das Gegenteil von dünnen Bauteilen, die wünschenswert sind, um die Lücken zwischen den beweglichen Lamellen zu vermindern, wenn diese sich zwischen den Getriebesätzen bewegen.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine Übertragungsringanordnung für ein schlupffreies CVT zur Verfügung zu stellen, das aktiv eine fixierte räumliche Anordnung zwischen einem Innen- und Außenring aufrecht erhält, ohne dass fixierte Lamellen erforderlich werden, die dazwischen eingeschweißt werden.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Bauteil zur Verfügung zu stellen, das bewegliche Lamellen trägt, das die Verschieblichkeit in Umfangsrichtung der beweglichen Lamellen begrenzt und das Kraft von den beweglichen Lamellen gleichzeitig auf den Innen- und Außenring überträgt.
Es ist ebenfalls weiterhin ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Übertragungsringanordnung zur Verfügung zu stellen, die aus relativ einfachen herzustellenden Komponenten besteht, die einfach ohne den Bedarf einer speziellen Halterung montiert werden können, um während der Montage konzentrisch zwischen den Innen- und Außenringen zu bleiben.
Diese und weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Übertragungsring für ein stufenloses Getriebe, wobei der Übertragungsring umfasst:
einen Innenring;
einen Außenring;
einen Distanzring;
der Innen-, der Außen- und der Distanzring sind im Wesentlichen koaxial zu einer Übertragungsringachse und der Distanzring ist radial zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet;
der Innen- und der Außenring sind am Distanzring befestigt, um eine Relativbewegung zwischen diesen im Wesentlichen zu verhindern;
wobei der Distanzring eine Vielzahl alternierender, sich nicht überlappender, radial nach Innen und radial nach Außen aufweisender Schlitze hat, die zum inneren bzw. äußeren Umfang desselben verlaufen; und
eine Vielzahl geschichteter Segmente, die verschiebbar in jedem der radial nach innen und radial nach außen weisenden Schlitze angeordnet sind, wobei diese Segmente im Allgemeinen radial mit der Übertragungsringachse ausgerichtet und im Allgemeinen parallel zu dieser verschiebbar sind, sowie obere und untere Laschen besitzen, die auf dem Distanzring reiten, um den Weg, um den sich die Segmente verschieben lassen, zu begrenzen.

BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, von welchen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Übertragungsringes bezüglich der vorliegende Erfindung ist;
Fig. 2 eine perspektivische Explosionsansicht eines Übertragungsringes gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Segmentes eines Distanzringes und zweier geschichteter Segmente ist;
Fig. 4 eine perspektivische Explosionsansicht einer alternativen Ausführungsform eines Übertragungsringes gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
Fig. 5 eine perspektivische Explosionsansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform eines Übertragungsringes der vorliegenden Erfindung ist; und
Fig. 6 eine perspektivische Explosionsansicht einer anderen alternativen Ausführungsform eines Übertragungsrings gemäß der vorliegenden Erfindung ist.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ein Übertragungsring gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 10 in Fig. 1, 2, 4, S und 6 gekennzeichnet. Der Übertragungsring 10 besitzt einen Innenring 12, bestehend aus einem oberen Teil 14 und einem unteren Teil 16. Der Übertragungsring 10 besitzt weiterhin einen Außenring 18, bestehend aus einem oberen Teil 20 und einem unteren Teil 22. Der Innenring 12 und Außenring 18 sind im Wesentlichen zu einer Übertragungsringachse 22 konzentrisch. In Fig. 2 und 3 erstreckt sich ein Distanzring 24 zwischen dem Innenring 12 und dem Außenring 14 und ist im Wesentlichen zu diesen konzentrisch.
Der Distanzring 24 besitzt eine Vielzahl getrennter, nach innen weisender Schlitze 26, die sich in den innenseitigen Umfang des Übertragungsringes erstrecken ("Innenschlitze"). Eine gleichartige Anzahl nach außen weisender Schlitze 27 erstrecken sich in den außenseitigen Umfang des Distanzringes 24 ("Außenschlitze"). Die Innen- und Außenschlitze 26 und 27 wechseln sich jeweils ab und überschneiden sich nicht. Vorzugsweise sind die Enden der Innenschlitze 26 und Außenschlitze 27 radial ausgerichtet.
Die oberen und unteren Teile 14 und 16 des Innenrings 12 besitzen jeweils miteinander korrespondierende Kerben 28, die sich in ihren benachbarten Flächen 30 befinden. Wenn die oberen und unteren Teile 14 und 16 jeweils miteinander verbunden werden, richten sich die Kerben 28 aus, um im Allgemeinen rechtwinklige Aufnahmen zu bilden, die sich radial in dem Innenring 12 erstrecken.
Gleichzeitig besitzen der obere Teil 20 und der untere Teil 22 des Außenrings 18 ebenfalls miteinander korrespondierende Kerben 32, die sich in benachbarten Flächen 34 befinden. Die Kerben 32 richten sich aus, wenn das obere und untere Teil 20 und 22 jeweils miteinander verbunden werden, um im Allgemeinen rechtwinklige Aufnahmen zu bilden, die sich radial in dem Außenring 18 erstrecken.
Wie in Fig. 4 dargestellt ist, können die Kerben 28 und 32 sich alternativ jeweils nur in einem der oberen und unteren Teile 14 und 16 des Innenrings 12 und in nur einem der oberen und unteren Teile 20 und 22 des Außenrings 18 erstrecken. Indem sich jede Kerbe 28 und 32 jeweils in beiden der oberen Teile 14 und 20 und beiden der unteren Teile 16 und 22 erstreckt, besteht ein Vorteil in der Austauschbarkeit und Reduzierung von Teilen. Mit anderen Worten, können das obere Teil 14 und das untere Teil 16 identisch sein und ebenso können auch das obere Teil 20 und das untere Teil 22 identisch sein. Indem man die Kerben 28 und 32 jeweils nur in dem oberen Teil 14 und 18 oder dem unteren Teil 16 und 22 vorsieht, halbiert sich jedoch die Gesamtzahl an Kerben, die hergestellt werden muss.
Der Distanzring 24 besitzt innere Zähne 36, die radial nach innen zwischen den Innenschlitzen 26 verlaufen. Der Distanzring 24 besitzt weiterhin äußere Zähne 38, die radial nach außen zwischen den Außenschlitzen 27 verlaufen. Die inneren Zähne 36 passen in die rechtwinkligen Aufnahmen, die zwischen den Kerben 28 in den oberen und unteren Teilen 14 und 16 des Innenrings 12 jeweils gebildet werden. Die äußeren Zähne 38 passen in die rechtwinkligen Aufnahmen, die von den Kerben 32 in den oberen und unteren Teilen 22 und 20 des Außenring 18 jeweils gebildet werden. Die Aufnahmen und die inneren Zähne 36 und die äußeren Zähne 38 weisen vorzugsweise geringe Toleranzen auf, wobei gemäß der Anordnung der Distanzring 24 den Innenring 12 und Außenring 18 fixiert, um alle drei Ringe im Wesentlichen koaxial zu halten und um eine Relativbewegung untereinander zu verhindern.
Es können beliebige geeignete Mittel verwendet werden, um die oberen und unteren Teile des Innenrings 12 und des Außenrings 18 miteinander zu verbinden. Wie dargestellt, können Maschinenschrauben 40 verwendet werden, die sich durch die oberen Teile 14 und 20, die inneren Zähne 36 oder die äußeren Zähne 38 des Distanzringes 24 und in die unteren Teile 16 und 22 jeweils erstrecken. Es können auch andere Mittel, wie z. B. Nieten oder Schweißen geeignet sein, was davon abhängt, wie leicht eine anschließenden Zerlegung durchführbar sein soll. Wenn der Distanzring 24 mit den Kerben 28 im Innenring 12 und den Kerben 32 im Außenring 18 in Wechselwirkung tritt, um den Innenring 12 und den Außenring 18 relativ dazu zu fixieren, sind keine Ausrichtungsbefestigungen erforderlich, die während der Montage verwendet werden, um Konzentrizität der Einzelteile zu gewährleisten.
Die geschichteten Segmente 42 befinden sich in den Innenschlitzen 26 und den Außenschlitzen 27 des Distanzrings 24 und werden von dem Distanzring 24 getragen. Die Segmente 42 sind in einer im Allgemeinen parallelen Richtung zur Übertragungsringachse 22 verschieblich. Wie am besten aus Fig. 2 hervorgeht, besitzen die Segmente 42 ein im Allgemeinen rechtwinkliges C-förmiges Profil mit oberen Laschen 44 und unteren Laschen 45, die jeweils auf der oberen Fläche 46 und der unteren Fläche 48 des Distanzringes 24 reiten, um die Verschieblichkeit der Segmente 42 zu begrenzen. Vorzugsweise verjüngen sich die Segmente 42 in Richtung der Übertragungsringachse 22 (d. h. die Segmente 42 sind leicht keilförmig), so dass benachbarte Flächen der Segmente 42 im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, um den lichten Abstand zwischen den Segmenten 42 zu minimieren, und um dadurch den für Spiel zur Verfügung stehenden Platz zu minimieren.
Der insgesamt zwischen den Segmenten für Spiel zur Verfügung stehende Platz ist die gesamte Summe des Platzes zwischen den Segmenten 42 in zwei der Innenschlitze 26 oder der Außenschlitze 27. Wenn das äußerste der Segmente 42 in jedem Innenschlitz 26 oder Außenschlitz 27 gegen die Enden des Schlitzes anstoßen wird, ist der gesamte für Spiel zur Verfügung stehende Betrag an Platz entlang dem Umfang des Distanzringes 24 nicht kumulativ.
Wenn sich der Übertragungsring 10 um die Übertragungsringachse 22 drehen muss, sollten Mittel zur Verfügung gestellt werden, um eine relativ freie Drehung des Übertragungsringes 10 um die Übertragungsringachse 22 zu unterstützen und zu erlauben. Fig. 1 zeigt eine Möglichkeit, mit welcher dies ausgeführt werden kann, indem ein Innenlaufring 48 im Allgemeinen konzentrisch mit dem Innenring 12 zur Verfügung gestellt wird und Walzen 50 (oder alternativ Kugeln, die nicht dargestellt sind) zwischen dem Innenlaufring 48 und dem Innenring 12 angeordnet werden.
Die Übertragungsringanordnung, wie sie in den Fig. 1, 2 und 4 dargestellt ist, würde typischerweise in CVTs verwendet werden, die sowohl Antriebs- als auch Abtriebs- "Zahnradsätze" oder Drehmomentkegelzahnräder besitzen. Für CVTs, die nur einen Antriebszahnradsatz oder ein Drehmomentkegelzahnrad besitzen, kann ein Zahnkranz, wie in Fig. 5 und 6 mit dem Bezugszeichen 50 dargestellt ist, um den äußeren Umfang des Außenrings 18 vorgesehen werden.
In der Ausführungsform der Fig. 5 ist der Zahnkranz 50 mit dem oberen Teil 20 des Außenrings einstückig ausgeführt. Der obere Teil 20 kann dem oberen Teil 20 der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform insoweit ähnlich sein, mit der Ausnahme, dass ihm die Kerben 32 fehlen.
In der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform wird der Zahnkranz 50 zwischen einem oberen Teil 20 und einem unteren Teil 22 des Außenrings montiert und es existieren weder im oberen Teil 20 noch im unteren Teil 22 Kerben. Der Zahnkranz 50 weist radial nach innen gerichtete Vorsprünge 52 auf, welche sich zwischen den äußeren Zähnen 30 des Distanzringes 24 einschachteln, um drehbar den Zahnkranz 50 mit dem Distanzring 24 zu verbinden. Die oberen Teile 14 und 20 und die unteren Teile 16 und 22 des Innenrings 12 und des Außenrings 18 sind jeweils mit dem Distanzring 24 durch geeignete Mittel, wie z. B. Maschinenschrauben 40 verbunden. Die Vorsprünge 52 werden zwischen den oberen Teilen 14 und 20 und den unteren Teilen 16 und 22 eingeschlossen, um eine axiale Relativbewegung zwischen dem Zahnkranz 50 und dem Distanzring 24 zu verhindern.

Claims

1. Übertragungsring für ein stufenloses Getriebe, bestehend aus:

einem Innenring (12);

einem Außenring (18);

einem Distanzring (24);

bei welchem der Innenring, der Außenring und der Distanzring im Wesentlichen koaxial zu einer Übertragungsringachse (22) angeordnet sind und der Distanzring radial zwischen Innenring und Außenring positioniert ist;

bei welchem der Innenring und der Außenring an dem Distanzring befestigt sind, um eine relative Bewegung zwischen diesen im Wesentlichen zu verhindern;

wobei der Distanzring eine Vielzahl alternierender, sich nicht überlappender, radial nach innen und radial nach außen weisender Schlitze (26 und 27) hat, die zum inneren beziehungsweise äußeren Umfang desselben verlaufen; und

einer Vielzahl geschichteter Segmente (42), die verschiebbar in jedem der radial nach Innen und radial nach Außen weisenden Schlitze angebracht sind, wobei diese Segmente im Allgemeinen radial mit der Übertragungsringachse ausgerichtet und im Allgemeinen parallel zu dieser verschiebbar sind, sowie obere und untere Laschen besitzen, die auf dem Distanzring reiten, um den Weg, um den sich die Segmente verschieben lassen, zu begrenzen.

2. Übertragungsring nach Anspruch 1,

wobei der Distanzring (24) mit inneren Zähnen am Innenring (12) befestigt ist, welche sich radial vom Distanzring nach innen erstrecken und in passende Aufnahmen im Innenring eingreifen; und der Distanzring mit äußeren Zähnen am Außenring (18) befestigt ist, welche radial vom Distanzring nach außen verlaufen und in passende Aufnahmen im Außenring eingreifen.

3. Übertragungsring nach Anspruch 2,

wobei sowohl der Innenring und als auch der Außenring (18) einen oberen und einen unteren Teil haben und sich die passenden Aufnahmen in mindestens einem der oberen und unteren Teile befinden.

4. Übertragungsring nach Anspruch 2,

wobei sich die Segmente (42) in Richtung der Übertragungsringachse verjüngen, so dass benachbarte Flächen im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.

5. Übertragungsring nach Anspruch 3,

6. Übertragungsring nach Anspruch 4,

wobei der Außenring (18) einen radial nach außen weisenden Zahnkranz um seinen Außenumfang aufweist.

7. Übertragungsring nach Anspruch 5,

wobei der Außenring (18) rundum einen radial nach außen weisenden Zahnkranz aufweist, der eine Einheit mit dem oberen Teil des Außenrings oder mit dem unteren Teil des Außenrings bildet.

8. Übertragungsring nach Anspruch 1,

wobei

der Außenring (18) einen oberen und einen unteren Teil hat;

der Distanzring (24) zwischen den radial nach außen weisenden Schlitzen radial sich nach außen erstreckende Zähne rund um seinen Umfang hat;

die radial nach außen erstreckenden Zähne sich zwischen den oberen und den unteren Teilen des Außenrings befinden;

ein Zahnkranz rund um den Außenring verläuft, welcher nach innen ragende Vorsprünge aufweist, die in passende Zwischenräume zwischen den radial sich nach außen erstreckenden Zähnen des Distanzringes eingreifen, um den Zahnkranz mit dem Distanzring drehbar zu koppeln;

sich die nach innen ragenden Vorsprünge zwischen den oberen und den unteren Teilen des Außenrings befinden; der obere und der untere Teil des Außenrings gegen die nach außen erstreckenden Zähne des Distanzringes und die Vorsprünge des Zahnkranzes wirken, um eine relative axiale Bewegung zwischen dem Zahnkranz und dem Distanzring zu verhindern.

9. Übertragungsring nach Anspruch 8, wobei sich die Segmente (42) in Richtung der Übertragungsringachse verjüngen, wobei benachbarte Flächen der Segmente im Wesentlichen parallel zueinander sind.