DE69911222T2

DE69911222T2 - Stufenloses getriebe mit zahnräder

Info

Publication number: DE69911222T2
Application number: DE69911222T
Authority: DE
Inventors: Hugh John KERR
Original assignee: Ker Train Holdings Ltd
Current assignee: Ker Train Holdings Ltd
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2019-10-16
Also published as: DE69929255D1; WO2000023729A3; ATE314592T1; EP1119717A2; DE69911222D1; CA2346893A1; CA2346893C; BR9914588A; ATE249591T1; EP1119717B1; WO2000023729A2; AU6454399A; DE69929255T2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Getriebesysteme mit variablem Übersetzungsverhältnis. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Zahnradübersetzungen, deren Übersetzungsverhältnisse über das Übersetzungsverhältnis-Kontinuum stufenlos verän dert werden können.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das herkömmliche Übersetzungsgetriebe beinhaltet eine Anzahl von Planetengetrieben, die selektiv zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle gekuppelt werden, um das Übersetzungsverhältnis des Übersetzungsgetriebes zu ändern. Das herkömmliche Übersetzungsgetriebe bewirkt jedoch eine uneffektive Übertragung von Drehmoment zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle, da der Primärantrieb von der Getriebeausgangswelle ausgekuppelt werden muss, während die Planetengetriebe geschaltet werden. Da weiterhin die Motordrehzahl in jedem Übersetzungsverhältnis anders sein muss, um eine Drehzahländerung der Ausgangswelle zu bewirken, kann der Wirkungsgrad des Motors für eine bestimmte Betriebsbedingung nicht maximiert werden. Daher sind zahlreiche Anstrengungen unternommen worden, ein Übersetzungsgetriebe bereitzustellen, dessen Übersetzungsverhältnisse stufenlos über das Übersetzungsverhältnis-Kontinuum veränderlich sind.
Beispielsweise stellt Beschkine (US-Patent 2,239,313, das die Merkmale des Vorwortes der unabhängigen Ansprüche 1 und 25 zeigt) ein Zahnradsystem mit kontinuierlich eingreifenden unrunden Zahnrädern vor. Wie in 3 des Patentes gezeigt, umfasst das Zahnradsystem eine Antriebswelle P mit einer Vielzahl von unrunden Zahnrädern 1, 2, 3, 4 und eine angetriebene Welle R parallel zu der Antriebswelle P mit einer Vielzahl von unrunden Zahnrädern 1', 2', 3', 4', die in die Zahnräder 1, 2, 3, 4 eingreifen. Die angetriebenen Zahnräder 1', 2', 3', 4' werden nacheinander durch elektromagnetische Kupplungen für den jeweiligen Bereich des Drehungsintervalls an die angetriebene Welle R gekuppelt, so dass das Übersetzungsverhältnis des Zahnradsystems von dem Zahnradverhältnis 1-1', 2-2', 3-3', 4-4' über die jeweiligen Kupplungsintervalle abhängig ist. Demzufolge wird das Übersetzungsverhältnis des Zahnradsystems verändert, indem einfach die Winkelstellung der Zahnräder 1', 2', 3', 4' während ihrer Kupplungsintervalle geändert wird. Da die Kupplungen jedoch bei jeder Umdrehung der angetriebenen Welle R aktiviert werden müssen, müssen die Kupplungen relativ klein sein, um für Anwendungen mit hoher Drehzahl verwendet werden zu können, wodurch das Drehmoment, das von dem Zahnradsystem übertragen werden kann, begrenzt wird.
Kerr (Kanadische Patente 990,103; 1,00,526; 1,031,190; US-Patente 3,919,895; 4,055,091) stellt ein variables Ausgangsgetriebe mit Rechteckwellengeneratoren vor, um das Übersetzungsverhältnis zu ändern. Jedes Übersetzungsgetriebe umfasst ein Paar unrunder Antriebszahnräder, die an eine Eingangswelle gekuppelt sind, und ein Par unrunder angetriebener Zahnräder, die kontinuierlich in die angetriebenen Zahnräder eingreifen. Das Übersetzungsverhältnisprofil eines jedes Paares unrunder Zahnräder ähnelt einer Dreieck- oder Sägezahnwelle. Die Drehabtriebe der beiden unrunden Zahnradpaare werden durch ein Differentialgetriebe kombiniert, um einen Differentialabtrieb mit einem Rechteckwellen-Übersetzungsverhältnisprofil bereitzustellen. Die Differentialabtriebe einer Reihe solcher Differentialgetriebe werden durch Einwegfreilauf kombiniert, um ein Übersetzungsverhältnis bereitzustellen, das entsprechend der relativen Winkelverschiebung der Antriebszahnräder stufenlos veränderlich ist. Die von Kerr vorgestellten variablen Abtriebsgetriebe stellten einen signifikanten Vorteil gegenüber dem Stand der Technik dar. Jedoch können Freiläufe Energie nur in einer Richtung übertragen, wobei Motorschleppmoment ausgeschlossen wird. Da die variablen Abtriebsgetriebe weiterhin nur die positive oder die negative Periode des Rechteckwellen-Übersetzungsverhältnisprofils verstärkt haben, waren der Wirkungsgrad und der maximale kinematische Bereich der Übersetzungsgetriebe begrenzt.
Takahara (US-Patent 4.944,718) stellt eine Winkelgeschwindigkeitsmodulationsvorrichtung vor, die, wie in Abbildungen 1 bis 3 des Patentes gezeigt, enthält: eine erste drehbare Welle 24, drehbar an einen stationären ersten Rahmen 61 gekuppelt; unrunde Innenräder 11, befestigt an der ersten Welle 24; eine zweite parallele Welle 34, drehbar befestigt an einem drehbaren zweiten Rahmen 62; zweite unrunde Zahnräder 21, eingreifend in die ersten unrunden Zahnräder 11 und befestigt auf der parallelen zweiten Welle 24; dritte unrunde Zahnräder 31, eingreifend in die ersten unrunden Zahnräder 11 und befestigt auf der parallelen dritten Welle 34 durch einen Freilauf 37; eine Eingangswelle 44 mit einem unrunden Zahnrad 27 zum Drehen der zweiten Welle 24; und eine Ausgangswelle 54 mit einem unrunden Zahnrad 54, angetrieben durch die dritte Welle 34. Da das Übersetzungsverhältnis der Vorrichtung verändert wird, indem die Winkelverschiebung des zweiten Rahmens 62 relativ zu dem ersten Rahmen 61 geändert wird, würden rasche Änderungen des Übersetzungsverhältnisses schwer zu erzielen sein, da die Winkelverschiebung des zweiten Rahmens 62 nur geändert werden kann, indem auch die zweite Welle 34 und die Masse der zugehörigen unrunden Zahnräder 34 bewegt werden. Wie weiter oben diskutiert, schließen die Freiläufe weiterhin Motorschleppmoment aus und reduzieren den Wirkungsgrad und den maximalen kinematischen Bereich der Vorrichtung.
Vor kurzem stellte Pires (US-Patente 5,226,859; 5,334,115) ein stufenlos veränderliches Übersetzungsgetriebe vor, das keinen Freilauf benötigt. Wie in 2, 3 und 4 des Patentes mit der Nummer endend auf, 859 gezeigt, umfasst das Übersetzungsgetriebe eine Eingangswelle 5, einen Planetenrotor 29, der durch eine Frontplatte 5'mit der Eingangswelle 5 verbunden ist, ein erstes Paar Kurbelarme 8a, 8c, die drehbar mit dem Planetenrotor 29 gekuppelt sind, ein zweites Paar Kurbelarme 9b, 9d, die drehbar mit dem Planetenrotor 29 gekuppelt sind, und eine Rastenscheibe 7, die mit Schlitzen zur Aufnahme eines Endes der Kurbelarme versehen ist. Die Rastenscheibe 7 lagert auf einem Indexschieber 6, so dass sich die Rastenscheibe seitlich der Welle 5 bewegen kann. Das Übersetzungsgetriebe umfasst weiterhin vier ebene Differentialgetriebe-Zahnradsätze, wobei jeder Satz ein innenverzahntes Ringrad 12, an einen der Kurbelarme gekuppelt, ein Paar Ritzel 14, eingreifend in das Ringrad 12, und ein Sonnenrad 15, eingreifend in die Ritzel 14. Das Sonnenrad 15 eines jeden Differentialgetriebes ist mit einem Reaktionsrad 15 verbunden, das in die Ritzel 14 eingreift. Das Sonnenrad 15 eines jeden Differentialgetriebes ist mit dem Reaktionsrad 16 verbunden, das in ein innenverzahntes stationäres Kommutatorrad 28 eingreift.
Im Betrieb, wenn sich die Eingangswelle 5 dreht, wird der Planetenrotor 29 gezwungen, sich zu drehen, wodurch bewirkt wird, dass die Kurbelarme die Rastenscheibe 7 um ihre eigene Drehachse nach Vorgabe durch den Indexschieber antreiben. Wenn die Rastenscheibe 7 exzentrisch zu der Achse des Planetenrotors 29 ist, schwingen die Kurbelarme um ihre eigene Achse, während sie sich um den Planetenrotor 29 herum drehen. Die Schwingungsamplitude ist abhängig von der Exzentrizität der Rastenscheibe 7. Die Drehschwingungen werden durch die Ringräder 12 an die Differentialgetriebezahnradsätze übertragen. Wie in 7 des Patentes gezeigt, umfasst das Kommutatorrad 28 nur auf der Hälfte des Innenumfangs des Rades Zähne, so dass sich die Reaktionsräder 16 frei einen halben Drehzyklus der Eingangswelle 5 drehen. Wenn demzufolge die „gewünschte" Polarität von Schwingung an dem Kurbelarm vorliegt, stellt das Kommutatorrad 28 einen zusätzlichen Dreheingang zu dem Differentialgetriebe bereit, wohingegen, wenn die „nicht gewünschte" Polarität von Schwingung vorliegt, das Kommutatorrad 28 die Schwingung daran hindert, den Ausgang des Übersetzungsgetriebes zu reduzieren.
Obwohl das von Pires vorgestellte Übersetzungsgetriebe die durch Freiläufe für den Wirkungsgrad und den kinematischen Bereich aufgeworfenen Probleme behandelt, ist das Übersetzungsgetriebe recht komplex. Weiterhin wird angenommen, dass die schwingenden Kurbelarme unerwünschte Schwankungen in dem Übersetzungsverhältnis des Übersetzungsgetriebes verursachen werden. Dementsprechend besteht weiterhin ein Bedarf an einem stufenlos veränderlichen Übersetzungsgetriebe mit einem verbesserten kinematischen Bereich, das in der Lage ist, rasche Änderungen des Übersetzungsverhältnisses auszuführen und das Vorteil aus Motorschleppdrehmoment zieht.
Weiterhin arbeiten herkömmliche unrunde Zahnräder mit standardmäßigen Evolventenzähnen. Während Evolventenzähne für die Verwendung in runden Zahnrädern annehmbar sind, verursachen Evolventenzähne bei Verwendung in unrunden Zahnrädern ständige Schwankungen der Überdeckung. Diese Schwankungen der Überdeckung verursachen ein übermäßiges Getriebegeräusch. Weiterhin erreicht die Überdeckung bei Evolventenzähnen selbst bei runden Zahnrädern selten 2,0. Demzufolge wird die Last, die die Zahnräder tragen können, begrenzt. Obwohl die Überdeckung erhöht werden kann, indem die Zähne gedreht werden, erzeugen gedrehte Zähne Punktberührung, die Hertz'sche Spannung verursacht. Demzufolge besteht weiterhin ein Bedarf an unrunden, Zahnrädern mit einer konstanten Überdeckung, die vorzugsweise mindestens 2,0 beträgt.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß wird ein stufenloses Übersetzungsgetriebe bereitgestellt, das die Unzulänglichkeiten des Standes der Technik überwindet.
Das stufenlose Übersetzungsgetriebe nach der vorliegenden Erfindung umfasst in einem Ausführungsbeispiel nach dem unabhängigen Anspruch 1 ein Dreheingangsglied, ein Drehausgangsglied, ein Paar Zahnräder mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis, eine multidirektionale Kupplung zugehörig zu den Zahnradsätzen und ein Stellglied zugehörig zu der Kupplung. Die Kupplung kuppelt die Zahnradsätze an die Drehglieder über eine gemeinsame Winkelperiode. Das Übersetzungsgetriebe umfasst weiterhin einen Phasenwinkelvariator zugehörig zu mindestens einem der Zahnradsätze zum Ändern einer Drehwinkelverschiebung zwischen den Zahnradsätzen. Demzufolge kann das Übersetzungsverhältnis des Übersetzungsgetriebes verändert werden, während das Übersetzungsverhältnis über die Winkelperiode gleich beibehalten wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung nach dem unabhängigen Anspruch 25 umfasst das Übersetzungsgetriebe erste und zweite unrunde Antriebszahnräder, gekuppelt an eines der Drehglieder, und eine Vielzahl von Getriebebaugruppen mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis, die um das Drehglied angeordnet sind. Die Getriebebaugruppen sind an die unrunden Zahnräder und das andere der Drehglieder gekuppelt, um ein gleichmäßiges Übersetzungsverhältnis zwischen den Drehgliedern bereitzustellen. Jede Getriebebaugruppe umfasst eine Zwischenwelle mit ersten und zweiten unrunden angetriebenen Zahnrädern, die in die ersten bzw. zweiten angetriebenen Zahnräder eingreifen. Vorzugsweise beinhaltet das Übersetzungsverhältnis eines jeden Paares erster angetriebener Zahnräder/Antriebszahnräder und das Übersetzungsverhältnis eines jeden Paares zweiter angetriebener Zahnräder/Antriebszahnräder einen konstanten Beschleunigungsbereich.
Jede Getriebebaugruppe umfasst auch eine multidirektionale Kupplung zugehörig zu dem ersten bzw. dem zweiten Zahnradpaar mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis, sowie ein Stellglied zugehörig zu der Kupplung für Kuppeln der jeweiligen Zahnradpaare mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis an die Drehglieder. Vorzugsweise werden die regelbaren Zahnräder einer jeden Getriebebaugruppe über eine Winkelperiode an die Drehglieder gekuppelt, wenn sich das Übersetzungsverhältnis sowohl des ersten als auch des zweiten regelbaren Zahnradpaares der jeweiligen Getriebebaugruppe linear ändert, so dass ein gleichmäßiges Übersetzungsverhältnis über die betreffende Winkelperiode bereitgestellt wird. Außerhalb dieser Periode ist mindestens eines der regelbaren Zahnradpaare von den Drehgliedern entkuppelt. Weiterhin ist das Auftreten der Winkeldauer für jede der Getriebebaugruppen zumindest gleichendend, so dass ein kontinuierlich gleichmäßiges Übersetzungsverhältnis zwischen den Drehgliedern bereitgestellt wird.
Das Übersetzungsgetriebe umfasst auch einen Phasenwinkelvariator zugehörig zu den regelbaren Zahnradpaaren zum Ändern der Drehwinkelverschiebung zwischen den ersten Zahnradpaaren und den zweiten Zahnradpaaren einer jeden Getriebebaugruppe; um das Übersetzungsverhältnis des Übersetzungsgetriebes nach Bedarf zu ändern.
Die regelbaren Zahnradpaare haben eine konstante Überdeckung, und ein Verfahren zur Festlegung von Zahnflanken für solche Zahnräder für Bereitstellen einer konstanten Überdeckung wird ebenfalls vorgestellt. Gemäß diesem Verfahren werden Zahnflanken für die regelbaren Zahnräder mit konstanter Überdeckung festgelegt, indem zuerst ein Teilungsort für eines der unrunden Zahnräder ermittelt wird. Danach wird der Teilungsort in Teilungsortbereiche unterteilt. Ein effektiver Teilkreisort für die Teilungsortbereiche wird danach durch Projizieren der Teilungsortbereiche auf eine Mittellinie, die Mittelpunkte der unrunden Zahnräder miteinander verbindend, ermittelt. Danach wird ein effektiver Erzeugerkreisort für den effektiven Teilkreisort gemäß einem gewünschten Eingriffswinkel zwischen den unrunden Zahnrädern ermittelt. Schließlich wird ein Kongruenzort für die Zahnräder von dem effektiven Erzeugerkreis ermittelt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun exemplarisch unter Verweis auf die Zeichnungen beschrieben. Erläuterung der Zeichnungen:
1 und 1a bis 1f veranschaulichen bestimmte stufenlose Getriebe des Standes der Technik.
2 und 2a bis 2h veranschaulichen bestimmte stufenlose Getriebe gemäß der vorliegenden Erfindung und zeigen den Zahnradsatz mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis, die multidirektionale Kupplung und das Schattennocken-Stellglied.
3a bis 3d veranschaulichen Varianten der multidirektionalen Kupplung.
4a bis 4c veranschaulichen eine Variante des Schattennocken-Stellgliedes.
5a, 5b veranschaulichen eine Variante des Schattennocken-Stellgliedes mit eingebautem Kipphebel.
6, 6a, 6b veranschaulichen weitere Varianten des Schattennocken-Stellgliedes.
7 und 7a bis 7c veranschaulichen weitere Varianten des Schattennocken-Stellgliedes mit eingebauten Rollenkugeltastern.
8, 8a, 9, 9a, 10 und 10a veranschaulichen weitere Varianten des in 7 und 7a bis 7c gezeigten Schattennocken-Stellgliedes.
11, 11a bis 11b veranschaulichen den Phasenwinkelvariator zur Anwendung mit den erfindungsgemäßen stufenlosen Getrieben.
12, 13, 13a, 13b, 14, 14a, 14b veranschaulichen bestimmte Varianten des Phasenwinkelvariators.
15 und 15a bis 15i veranschaulichen eine bevorzugte Zahnflankenform zur Verwendung als Teil eines regelbaren Zahnradsatzes; und
16, 16a, 16b, 17 veranschaulichen bestimmte bevorzugte Ausführungen der erfindungsgemäßen stufenlosen Getriebe.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden zuerst einige stufenlose Getriebe des Standes der Technik unter Verweis auf 1a bis 1f beschrieben, gefolgt von einer Diskussion eines Ausführungsbeispieles der Erfindung beginnend mit 2. 1, 1a zeigen eine Teilgruppierung der Komponenten eines stufenlosen Getriebes des Standes der Technik. Das Übersetzungsgetriebe umfasst ein Ausgangszahnrad 1, das an eine Ausgangswelle 1.1 gekuppelt ist; eine erste Eingangswelle 3.1 mit einem ersten unrunden Antriebsrad 3; und eine zweite Eingangswelle 12.1, die drehbar an die erste Eingangswelle 3.1 gekuppelt ist und ein zweites unrundes Antriebsrad 12 enthält. Das zweite unrunde Zahnrad 12 kann winkelig relativ zu dem ersten unrunden Zahnrad 1 gedreht werden, indem die zweite Eingangswelle 12.1 durch einen Phasenwinkelvariator (nicht dargestellt) relativ zu der ersten Eingangswelle 3.1 gedreht wird.
Das stufenlose Getriebe des Standes der Technik beinhaltet weiterhin vier baugleiche regelbare Getriebebaugruppen in gleichen Winkelintervallen um die Eingangswelle 3.1 und die Ausgangswelle 1.1 herum. Der Einfachheit halber ist nur eine regelbare Getriebebaugruppe dargestellt. Jede der regelbaren Getriebebaugruppen umfasst eine Zwischenwelle 13, ein erstes unrundes angetriebenes Zahnrad 4, drehbar um die Zwischenwelle 13 und eingreifend in das erste unrunde Antriebsrad 3; ein zweites unrundes angetriebenes Zahnrad 11, drehbar zwischen der Zwischenwelle 13 und eingreifend in das zweite unrunde Antriebsrad 12; und ein Differentialgetriebe, gekuppelt an das erste und das zweite angetriebene Zahnrad 4, 11 zum Kombinieren des von dem ersten und dem zweiten Zahnradsatz an die Ausgangswelle 1.1 übergebenen Drehmomentes. Das Differentialgetriebe umfasst ein erstes Kegelrad 8, ein zweites Kegelrad 10 und einen Käfig 9 mit Ritzeln 9.1, eingreifend in das erste und das zweite Kegelrad 8, 10. Der Käfig 9 ist an die Zwischenwelle 13 gekuppelt, an der ein Abtriebsrad 2 drehfest gelagert ist. Das Abtriebsrad 2 selbst ist an das Ausgangszahnrad 1 gekuppelt und daher an die Ausgangswelle 1.1. Das zweite Kegelrad 10 ist drehfest an dem zweiten angetriebenen Zahnrad 11 gelagert, während das erste Kegelrad 8 durch einen Einwegfreilauf an das erste angetriebene Zahnrad 4 gekuppelt ist. Demzufolge wird das in 1, 1a gezeigte Übersetzungsgetriebe als „Kegel/Kegel"-Getriebe bezeichnet.
Der Freilauf umfasst ein röhrenförmiges äußeres Kupplungsgleitstück 7 und einen röhrenförmigen inneren Kupplungskörper 5, der mit dem Kupplungsgleitstück 7 versehen und drehfest an dem ersten unrunden angetriebenen Zahnrad 4 gelagert ist. Wie aus dem Iosgelösten Diagramm von 1 ersichtlich ist, definieren die innere röhrenförmige Fläche des Kupplungsgleitstückes 7 und die äußere röhrenförmige Fläche des Kupplungskörpers 5 eine Vielzahl von Spiralkanälen, in denen eine Vielzahl von Kupplungsrollen 6 festgehalten werden. Demzufolge verriegelt der Freilauf in einer Richtung und ist in der entgegengesetzten Richtung freilaufend.
Die Funktionsweise des in 1 dargestellten stufenlosen Getriebes des Standes der Technik kann verstanden werden, indem auf die in 1 b dargestellten Schemata verwiesen wird. Schema 1 von 1b zeigt die Änderung des Übersetzungsverhältnisses W₄ des Paares erster unrunder Zahnräder 3, 4, die Änderung des Übersetzungsverhältnisses W₁₁ des Paares zweiter unrunden Zahnräder 12, 11 und die Änderung des Übersetzungsverhältnisses R durch das Übersetzungsgetriebe über eine Umdrehung der Eingangswelle 3.1, 12.1, wenn die ersten unrunden Zahnräder 3,4 phasengleich mit den zweiten unrunden Zahnrädern 12, 11 sind. Wie offensichtlich ist, erhöht sich das Übersetzungsverhältnis der ersten unrunden Zahnräder 3,4 linear über die ersten 220° der Drehung der Eingangswelle, und danach nimmt es nichtlinear über die folgenden 140° der Drehung der Eingangswelle ab.
Das Übersetzungsverhältnis R wird durch die Gleichung R = (W₄ + W₁₁)/2 wiedergegeben. Demzufolge nimmt das Übersetzungsverhältnis der zweiten unrunden Zahnräder 12, 11 über die ersten 120° der Drehung der Eingangswelle linear mit der gleichen Geschwindigkeit ab wie das Übersetzungsverhältnis der ersten unrunden Zahnräder 3, 4 während dieses Intervalls zunimmt, um ein konstantes Übersetzungsverhältnis R bereitzustellen. Das Übersetzungsverhältnis der zweiten unrunden Zahnräder 12, 11 nimmt über die folgenden 140° der Drehung der Eingangswelle zu.
Wie in dem Schema 1 gezeigt, bleibt das Übersetzungsverhältnis R erwartungsgemäß über die ersten 120° der Drehung der Eingangswelle konstant. Danach überholt die Zwischenwelle 13 das erste Kegelrad 8, so dass das erste und das zweite unrunde Zahnrad von der Eingangswelle und der Ausgangswelle entkuppelt werden. Demzufolge überträgt die regelbare Getriebebaugruppe nach diesem Punkt und solange, bis die Eingangswellen in ihre Ausgangsstellung zurück kehren, kein Drehmoment auf die Ausgangswelle 1.1. Jede der drei anderen regelbaren Getriebebaugruppen (nicht dargestellt) beginnt jedoch in der Reihenfolge nach jeweils 90° Eingangswellendrehung zu arbeiten: Demzufolge bleibt das Übersetzungsverhältnis R des Übersetzungsgetriebes über die gesamte 360-Grad-Umdrehung der Eingangswellen 3.1, 12.1 bei 1,0 konstant.
Schema 2 zeigt die Änderung des Übersetzungsverhältnisses W₄ des Paares erster unrunder Zahnräder 3,4, die Änderung des Übersetzungsverhältnisses W₁₁ des Paares zweiter unrunder Zahnräder 12. 11 und die Änderung des Übersetzungsverhältnisses R durch das Übersetzungsgetriebe über eine Umdrehung der Eingangswellen 3.1, 12.1, wenn die zweiten unrunden Zahnräder 12, 11 um 110° relativ zu den ersten unrunden Zahnrädern 3, 4 weitergeschaltet werden. Bei diesem Phasenwinkel fällt das Übersetzungsverhältnis R des Getriebes für die Periode, in der der Freilauf gesperrt ist, auf 0,75 ab. Dieses Intervall stimmt mit dem gemeinsamen Intervall überein, in dem sich die Übersetzungsverhältnisse des ersten und des zweiten unrunden Zahnradpaares linear verändern, um ein konstantes Übersetzungsverhältnis R bereitzustellen.
Schema 3 zeigt die Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Paares erster unrunder Zahnräder 3, 4 und des Paares zweiter unrunder Zahnräder 12, 11 sowie die Änderung des Übersetzungsverhältnisses R durch das Übersetzungsgetriebe über eine Umdrehung der Eingangswellen 3.1, 12.1, wenn die zweiten unrunden Zahnräder 12, 11um 110° relativ zu den ersten unrunden Zahnrädern 3, 4 verzögert werden und wenn die Orientierung des Freilaufes umgekehrt wird. Bei diesem Phasenwinkel erhöht sich das Übersetzungsverhältnis R des Übersetzungsgetriebes für das Intervall, in dem der Freilauf gesperrt ist, auf 1,25. Erneut stimmt dieses Intervall mit dem gemeinsamen Intervall, in dem sich die Übersetzungsverhältnisse des ersten und des zweiten unrunden Zahnradpaares linear verändern, um ein konstantes Übersetzungsverhältnis R bereitzustel-len. Demzufolge wird ersichtlich sein, dass sich die Verstärkung des "Kegel/Kegel"-Getriebes in einer Richtung um 33% (zwischen 110° und 0°) und in der anderen Richtung um 25% (zwischen 0° und –110°) ändern kann.
1c zeigt ein weiteres stufenloses Getriebe des Standes der Technik, das im Wesentlichen identisch mit dem in 1, 1a gezeigten Getriebe ist, außer dass das erste unrunde Zahnrad 4 drehfest an der Zwischenwelle 13 und dem Käfig 9 gelagert ist, während das zweite Kegelrad 10 an das Abtriebszahnrad 2 gekuppelt ist. Demzufolge wird das in 1c gezeigte Getriebe als „Kegel/Träger"-Getriebe bezeichnet.
Schemata 1, 2 und 3 von 1d zeigen die Änderung des Übersetzungsgetriebes W₄ des Paares erster unrunder Zahnräder 3, 4, die Änderung des Übersetzungsverhältnisses W₁₁ des Paares zweiter unrunder Zahnräder 12, 11 und die Änderung des Übersetzungsverhältnisses R durch das Übersetzungsgetriebe über eine Umdrehung der Eingangswellen 3.1, 12.1. Wie offensichtlich sein wird, erhöht sich das Übersetzungsverhältnis über die ersten 220° der Drehung der Eingangswelle linear und nimmt danach über die nächsten 140° der Drehung der Eingangswelle nichtlinear ab.
Das Übersetzungsverhältnis R wird durch die Gleichung R = 2W₁₁ – W₄ wiedergegeben. Demzufolge erhöht sich auch das Übersetzungsverhältnis der zweiten unrunden Zahnräder 12, 11 über die ersten 220° der Drehung der Eingangswelle linear, um in diesem Intervall ein konstantes Übersetzungsverhältnis bereitzustellen. Das Übersetzungsverhältnis der zweiten unrunden Zahnräder 12, 11 nimmt über die nachfolgenden 140° der Drehung der Eingangswelle ab.
Wie in Schema 1 gezeigt, bleibt das Übersetzungsverhältnis R über die ersten 220° der Drehung der Eingangswelle erwartungsgemäß konstant. Danach überholt die Zwischenwelle 13 das erste Kegelrad 8, wodurch das erste und das zweite unrunde Zahnradpaar von der Eingangswelle und der Ausgangswelle entkuppelt werden.
Die Übersetzungsverhältnisse R für die Phasenwinkel +110° und –110° werden in den Schemata 2 bzw. 3 von 1d gezeigt. Aus diesen Schemata geht hervor, dass das Intervall, in dem der überholende Freilauf gesperrt ist, mit dem gemeinsamen Intervall, übereinstimmt, in dem sich die Übersetzungsverhältnisse des ersten und des-zweiten unrunden Zahnradpaares linear ändern, um ein konstantes Übersetzungsverhältnis R bereitzustellen. Aus diesen Schemata wird weiter offensichtlich, dass sich die in 1c gezeigte Verstärkung des „Kegel/Träger"-Getriebes in einer Richtung um 50% und in der entgegengesetzten Richtung um 100% ändern kann (bei umgekehrter Orientierung des Freilaufes).
1e zeigt ein weiteres stufenloses „Kegel/Träger"-Getriebe des Standes der Technik, das im Wesentlichen identisch mit dem in 1c gezeigten „Kegel/Träger" Getriebe ist, außer dass das Differentialgetriebe ein Zahnradübersetzungsverhältnis von 2 : 1 hat. Wie in 1f gezeigt, hat sich die in 1e gezeigte Verstärkung des „Kegel/Träger"-Getriebes um 200% in einer Richtung geändert, während in der entgegengesetzten Richtung stufenlose Übersetzung vorliegt (bei umgekehrter Orientierung des Freilaufes).
Nunmehr unter Bezugnahme auf 2, 2a wird eine regelbare Getriebebaugruppe eines stufenlosen Getriebes 100 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie oben umfasst das Getriebe 100 vier baugleiche regelbare Getriebebaugruppen, die vorzugsweise in gleichen Phasenintervallen um die Eingangswelle 3.1 und die Ausgangswelle 1.1 angeordnet sind, obwohl sie auch in ungleichen Winkelintervallen bei einer möglichen Reduzierung der Leistung angeordnet werden können. Der Einfachheit halber wird nur eine regelbare Getriebebaugruppe gezeigt.
Das stufenlose Getriebe 100 umfasst ein „Kegel/Kegel"-Getriebe ähnlich der Konstruktion des stufenlosen „Kegel/Kegel"-Getriebes, das in 1, 1a gezeigt wird. Im Gegensatz zu dem in 1, 1 a gezeigten „Kegel/Kegel"-Getriebe ist jedoch der Käfig 5 des Einwegfreilaufes durch eine Muffe 5.1 ersetzt, die um die Zwischenwelle 13 herum angeordnet und drehfest mit dem ersten unrunden angetriebenen Zahnrad 4 gelagert ist. Weiterhin beinhaltet jede regelbare Getriebebaugruppe des Getriebes 100 eine programmierbare multidirektionale Kupplung und ein Stellglied als Ersatz für den Einwegfreilauf.
Die multidirektionale Kupplung wurde in der veröffentlichten PCT-Patentanmeldung Nr. 98/01072 beschrieben und umfasst einen ortsbeweglichen konischen Innenring 20, der durch Längsnute bx an die Muffe 5.1 gekuppelt ist, einen röhrenförmigen äußeren Kupplungskörper 20, der an das erste Kegelrad 9.1 gekuppelt ist, und ein konisches inneres Gleitstück 21, das zwischen dem konischen Laufring 20 und dem Kupplungskörper 22 angeordnet ist. Der konische Laufring 20 umfasst eine äußere konische Laufringfläche, und das Gleitstück 21 umfasst eine innere konische Laufringfläche, die auf die konische Laufringfläche des konischen Laufrings 20 trifft. Das Gleitstück 21 umfasst einen äußeren Laufring, und der Kupplungskörper 22 umfasst einen inneren Laufring, was zusammen mit dem äußeren Laufring des Gleitstückes 21 einen Kanal zwischen dem Gleitstück 21 und dem Kupplungskörper 22 definiert. Der Kanal umfasst eine Vielzahl von Taschen für das Festhalten von Wälzkörpern 6 darin, angeordnet anstoßend an die Laufringe. Demzufolge, wenn der konische Laufring 20 axial nach innen in die Kupplung gedrückt wird, während sie sich relativ zu dem Kupplungskörper 22 dreht, greift die äußere Laufringfläche des Laufrings 20 in die innere Laufringfläche des Gleitstückes 21 ein und bewirkt dabei, dass die Wälzkörper 6 nach oben in ihre jeweiligen Taschen rollen und dass das Gleitstück 21 nach innen gegen den konischen Laufring 20 gedrückt wird, wobei der konische Laufring 20 in beiden Richtungen gegen den Kupplungskörper 22 festgestellt wird. Umgekehrt, wenn der konische Laufring 20 axial von der Kupplung weggezogen wird, rollen die Wälzkörper 6 ihre jeweiligen Taschen nach unten und bewirken, dass sich das Gleitstück 21 von dem konischen Laufring 20 zurückzieht, wobei sich der konische Laufring 20 in beiden Richtungen relativ zu dem Kupplungskörper 22 drehen kann.
Das Stellglied dient dazu, den konischen Laufring in die Kupplung einzufügen und aus dieser zurückzuziehen, dabei die ersten unrunden Zahnräder 3, 4 und die zweiten unrunden Zahnräder 12, 11 an die Eingangswelle zu kuppeln bzw. von dieser zu entkuppeln. Das Stellglied umfasst einen ersten Schattennocken 16, der an die erste Eingangswelle 3.1 gekuppelt ist; einen zweiten Schattennocken 16b, der an die zweite Eingangswelle 12.1 gekuppelt ist; einen Schattennockendeckelring 17, der drehbar um die Muffe 5.1 angeordnet ist und eine Vielzahl von sich dadurch erstreckenden Öffnungen umfasst; eine Vielzahl von doppelseitigen Entkupplungskegelstiften 19, die in den Öffnungen angeordnet sind; einen stationären Endring 18, der drehfest an der Muffe 5.1 zwischen dem ersten unrunden angetriebenen Zahnrad 4 und dem Schattennockendeckelring 17 gelagert ist; einen beweglichen Endring 24, der drehfest an der Muffe 5.1 zwischen einem Ende des konischen Laufrings 20 und dem Schattennockendeckelring 17 gelagert ist; und eine Feder s1, die neben dem gegenüberliegenden Ende des konischen Laufrings 20 angeordnet ist. Die Schattennocken 16, 16a drehen sich gegen den Schattennockendeckelring 17 und umfassen jeweils eine Nockenerhebung, die mit den nichtlinearen Bereichen der Übersetzungsverhältnisse der jeweiligen unrunden Zahnradpaare 3, 4; 12, 11 synchronisiert ist.
Wenn sich die Nockenerhebung gegen den Nockendeckelring 17 dreht, wird der. Nockendeckelring 17 von der Nockenerhebung nach oben gedrückt, wobei der bewegliche Endring 24 den konischen Laufring 20 aus der multidirektionalen Kupplung ausstößt und dabei das erste Kegelrad 8 von dem ersten unrunden angetriebenen Zahnrad 4 entkuppelt. Nachdem sich die Nockenerhebung von dem Nockendeckelring 17 weg gedreht hat, bewegt sich der Nockendeckelring 17 nach unten, wobei der konische Laufring über die von der Feder s1 ausgeübte Kraft in die Kupplung hinein gedrückt wird.
Unterschemata a) und b) von 2b veranschaulichen die ersten unrunden Zahnräder 3, 4 und die entsprechenden Schattennocken 16. Unterschemata c) und d) von 2b veranschaulichen die zweiten unrunden Zahnräder 12, 11 und die entsprechenden Schattennocken 16a, wenn der Phasenwinkel zwischen den ersten und den zweiten unrunden Zahnrädern 0°, +110° und –110° beträgt. Unterschema e) von 2b zeigt, dass die gemeinsame Winkelperiode, während derer beide des ersten und des zweiten unrunden Zahnrades an die Eingangswelle und die Ausgangswelle gekuppelt sind, mit dem Winkelintervall übereinstimmt, bei dem die Beschleunigung des ersten und des zweiten unrunden Zahnradpaares konstant ist. Wie oben diskutiert, gewährleistet die Forderung, dass das Übersetzungsverhältnis R des Übersetzungsgetriebes über die Periode, während der das erste und das zweite ungerade Zahnradpaar an die Eingangswelle und die Ausgangswelle gekuppelt sind, konstant bleibt. Das Intervall, während dessen das erste und das zweite ungerade Zahnradpaar von der Eingangswelle und der Ausgangswelle entkuppelt sind, tritt auf, wenn die Beschleunigung des ersten und/oder des zweiten ungeraden Zahnrades nicht gleichmäßig ist. Da die Schattennocken 16, 16a an die Eingangswellen 3.1, 12.1 gekuppelt sind, stimmt das letztgenannte Winkelintervall mit den nichtlinearen Bereichen der Teilkreise der Antriebsräder 3, 12 überein. Wie weiter unten diskutiert werden wird, kann das Winkelintervall, bei dem das erste und das zweite unrunde Zahnradpaar von der Eingangswelle und der Ausgangswelle entkuppelt sind auch mit den nichtlinearen Bereichen der Teilkreise der angetriebenen Zahnräder 4, 11 übereinstimmen.
Das Diagramm in 2b veranschaulicht die Änderung der Übersetzungsverhältnisse des Paares der ersten unrunden Zahnräder 3, 4 und des Paares der zweiten unrunden Zahnräder 12, 11, und die Änderung des Übersetzungsverhältnisses R durch das Übersetzungsgetriebe 100 über eine Umdrehung der Eingangswelle 3.1, 12.1, wenn die zweiten unrunden Zahnräder 12, 11 den ersten unrunden Zahnrädern 3, 4 um 110° vorauseilen und gegenüber den ersten unrunden Zahnrädern 3, 4 um 110° nacheilen. Wie ersichtlich sein wird, bleibt das Übersetzungsverhältnis R durch das Übersetzungsgetriebe 100 konstant bei 0,75, wenn der Phasenwinkel +110° beträgt, und es erhöht sich auf 1,25, wenn der Phasenwinkel –110° beträgt. Demzufolge beträgt die Verstärkung der Kraftübertragung 100 gleich 166%, was eine sehr deutliche Verbesserung gegenüber bekannten Ausführungen darstellt. Da die multidirektionalen Kupplungen weiterhin in beiden Richtungen sperren oder freilaufen können, kann das Übersetzungsgetriebe 100 Motorbremswirkung ausnutzen. Daher kann die Ausgangswelle 1.1 als Drehmomentantriebsglied wirken, wobei die Eingangswellen 3.1, 12.1 als Drehmomentabtriebsglieder wirken, wenn dies so gewünscht wird. In diesem Fall würde das Differentialgetriebe als Drehmomentverteiler wirken, der das Eingangsdrehmoment zwischen dem ersten unrunden Zahnradpaar und dem zweiten unrunden Zahnradpaar aufteilt.
2c zeigt ein stufenloses „Kegel/Träger"-Getriebe 200 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das stufenlose Getriebe 200 ist im Wesentlichen identisch mit dem in 1c gezeigten „Kegel/Träger"-Getriebe, außer dass der Käfig 5 durch einen Einwegfreilauf mit einer Muffe 5.1 ersetzt ist, der um die Zwischenwelle 13 angeordnet und drehfest an dem ersten unrunden angetriebenen Zahnrad 4 gelagert ist, und der Einwegfreilauf durch eine programmierbare multidirektionale Kupplung und ein Schwinghebel-Stellglied ersetzt wird. Wie in 2d gezeigt, hat sich die in 2c gezeigte Verstärkung der Kraftübertragung auf 300% in beiden Richtungen geändert, was wiederum eine sehr deutliche Verbesserung gegenüber bekannten Ausführungen ist.
2e fasst die unrunden Zahnräderpaare für das „Kegel/Kegel"-Getriebe 100 und das „Kegel/Träger"Getriebe 200 zusammen Diagramme a) und b) von Abbildung, 2e veranschaulichen das erste und das zweite unrunde Zahnradpaar für das "Kegel/Kegel"-Getriebe 100. Die ersten unrunden Zahnradpaare 3, 4 für das „Kegel/Kegel"-Getriebe 100 werden als von gleicher Größe wie die zweiten unrunden Zahnradpaare 12, 11 gezeigt, außer dass die zweiten unrunden Zahnräder 12, 11 gekippt und um 180 Grad gedreht sind, um die in 2b gezeigten Übersetzungsverhältnisprofile be reitzustellen. Diagramme b) und c) von 2e veranschaulichen das erste und das zweite unrunde Zahnradpaar für das „Kegel/Träger"-Getriebe 200. Die ersten unrunden Zahnradpaare 3, 4 für das „Kegel/Kegel"-Getriebe 200 sind ebenso ausgerichtet wie die zweiten unrunden Zahnradpaare 12, 11, erzeugen jedoch die doppelte Winkelbeschleunigung wie die zweiten unrunden Zahnradpaare 12, 11, um die in 2b gezeigten Übersetzungsverhältnisprofile bereitzustellen.
Zahlreiche Varianten der vorstehenden Ausführungsbeispiele können ausgeführt werden. 2f zeigt ein stufenloses „Kegel/Träger"-Getriebe 300 nach einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Das „Kegel/Träger"-Getriebe 300 ist im Wesentlichen identisch mit dem in 1e gezeigten „Kegel/Träger"-Getriebe, außer dass der Käfig 5 des Einwegfreilaufes durch eine Muffe 5.1 ersetzt ist, die um die Zwischenwelle 13 herum angeordnet und drehfest an dem ersten unrunden angetriebenen Zahnrad 4 gelagert ist, und dass der Einwegfreilauf durch eine programmierbare multidirektionale Kupplung und ein Schwinghebel-Stellglied ersetzt wird. Wegen des Übersetzungsverhältnisses des Differentialgetriebes von 2 : 1 können das erste und das zweite unrunde Zahnradpaar die gleiche Winkelbeschleunigung erzeugen. Die Verstärkungsmerkmale des Getriebes 300 sind dahingehend ähnlich denen des in 1e gezeigten Getriebes, dass das Getriebe 300 eine stufenlose Übersetzung bereitstellen kann. Wie weiter unten diskutiert werden wird, ist dieses Merkmal vorteilhaft, wenn das Getriebe 300 in einem Kraftfahrzeug verwendet wird, da es ermöglicht, dass das Ausgangsdrehmoment des Getriebes 300 auf Null abfällt, wenn das Fahrzeug angehalten wird.
2g zeigt ein stufenloses „Kegel/Träger"-Getriebe 400, das im Wesentlichen identisch mit dem in 2c gezeigten „Kegel/Träger"-Getriebe 200 ist, außer dass das Differentialgetriebe durch einen Planetenradsatz ersetzt wird, der ein Hohlrad 8, ein Ritzel 10, einen Käfig 9 und ein Umlaufrad 9.1 umfasst. Mit dem Hohlrad-Ritzel-Verhältnis, eingestellt auf das Verhältnis des ersten und des zweiten Kegelrades 8, 10 des Differentialgetriebes, wird die Verstärkung des Getriebes 400 gleich der für das Getriebe 200 sein.
2h zeigt ein stufenloses „Kegel/Träger"-Getriebe 500, das im Wesentlichen identisch mit dem in 2g gezeigten „Kegel/Träger"-Getriebe 400 ist, außer dass das Differentialgetriebe durch eine koplanare Zahnradgetriebeschleife ersetzt wird. Die koplanare Zahnradgetriebeschleife wurde in der veröffentlichten PCT-Patentanmeldung 98/01019 vorgestellt und umfasst ein Ritzel 10, ein Innenzahnrad 8, angeordnet um das Ritzel 10 herum und koaxial mit dem Ritzel 10, und eine Käfigbaugruppe 9 mit einem Hohlrad 9.1. Das Hohlrad 9.1 hat eine Innenfläche, die in das Ritzel 10 eingreift, und eine Außenfläche, die in das Winkelrad 8 eingreift. Die Käfigbaugruppe 9 umfasst ebenfalls eine exzentrische Führung zur Anordnung eines Hohlrades 9.1 koplanar und exzentrisch relativ zu dem Ritzel 10 und dem Winkelrad B. Bei einem Hohlrad-Ritzel-Verhältnis eingestellt auf 3/2 wird die Verstärkung des Getriebes 500 gleich der des Getriebes 200 sein.
Bis hierher haben alle vorstehenden Ausführungsbeispiele eine Kupplung mit einem inneren konischen Laufring 20 wie oben beschrieben und in 3c gezeigt verwendet. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Vielmehr kann die Kupplung anstelle dessen einen äußeren konischen Laufring 20, einen röhrenförmigen Kupplungskörper 22 und ein konisches Gleitstück 21, angeordnet zwischen dem äußeren konischen Laufring 20 und dem inneren Kupplungskörper 22, wie in 3a, 3b gezeigt, umfassen. Alternativ dazu und anstatt dass das Stellglied den konischen Laufring 20 in die Kupplung einschiebt und aus der Kupplung zurückzieht kann das Stellglied das Gleitstück 21 in die Kupplung einschieben und aus der Kupplung zurückziehen, wie in 3b, 3d gezeigt. Zahlreiche andere Varianten der Kupplung werden dem Durchschnittsfachmann offensichtlich sein.
Weiterhin haben alle bisher in dieser Patentschrift beschriebenen Stellglieder für Kuppeln und Entkuppeln des ersten und des zweiten unrunden Zahnradpaares an die und von der Eingangswelle und Ausgangswelle Schattennocken 16, 16a umfasst, die eine Vielzahl von doppelseitigen Entkupplungskegeln 19 antreiben. Jedoch sind andere Ausführungen des Stellgliedes möglich. Eine solche Ausführung wird in 4a bis 4c gezeigt und umfasst ein Paar Schattennocken 16, 16a, gekuppelt an die entsprechende Eingangswelle 3.1, 12.1, einen kreisförmigen Schattennockendeckelring 17 anstoßend an die Schattennocken 16, 16a, und eine Entkupplungsscheibe 57 angeordnet innerhalb des Nockendeckelringes 14 und beinhaltend V-Nuten auf beiden Endflächen der Entkupplungsscheibe 57, und Rollenlager b2 zwischen dem Nockendeckelring 17 und der Entkupplungsscheibe 57, um Drehung des Nockendeckelringes 17 relativ zu der Entkupplungsscheibe 57 zu ermöglichen. Das Stellglied umfasst weiterhin einen axial befestigten kreisförmigen Kegellaufring 56, angeordnet zwischen dem ersten unrunden angetriebenen Zahnrad 4 und dem Schattennockendeckelring 17 und enthaltend einen Axialkegel übereinstimmend mit der V-Nut auf einer Endfläche der Entkupplungsscheibe 57, sowie einen beweglichen kreisförmigen Kegellaufring 58, angeordnet zwischen der Kupplung und dem Schattennockendeckelring 17 und beinhaltend einen Axialkegel übereinstimmend mit der V-Nut auf der gegenüberliegenden Endfläche der Entkupplungsscheibe 57. Weiterhin umfasst der bewegliche kreisförmige Kegellaufring 58 einen sich in Achsrichtung erstreckenden konischen Flansch gegenüber dem Axialkegelbereich desselben, der durch Längsnute bx drehfest an dem Winkelrad 8 gelagert ist und den konischen Laufring 20 der Kupplung ersetzt.
Das in 4a bis 4c gezeigte Stellglied arbeitet ähnlich wie die oben beschriebenen Stellglieder. Wenn sich die Nockenerhebung gegen den Nockendeckelring 17 dreht, wird der Nockendeckelring 17 durch die Nockenerhebung nach oben gedrückt, wobei sich der bewegliche Kegellaufring 58 seitlich von dem Nockendeckelring 17 weg bewegt und dabei das Winkelrad 8 von dem zweiten unrunden angetriebenen Zahnrad 11 entkuppelt. Nachdem sich die Nockenerhebung von dem Nockendeckelring 17 weg bewegt hat, bewegt sich der Nockendeckelring 17 nach unten, wobei sich der bewegliche Kegellaufring 58 seitlich zu dem Nockendeckelring 17 hin bewegt, wobei das Winkelrad 8 an das zweite unrunde angetriebene Zahnrad 11 gekuppelt wird.
5a bis 5b veranschaulichen eine andere Stellglied-Ausführung, die den Nockendeckelring 17 und die zugehörigen Laufringe 56, 58 durch den Kipphebel 64, eine Stößel 60 und eine Schraubenfeder 63 ersetzt. Wenn eine Nockenerhebung nach oben gegen den Kipphebel 64 drückt, drückt der Kipphebel 64 gegen den Stößel 60 und drängt dabei das konische Gleitstück 20 aus der Kupplung heraus. Wenn sich die Nockenerhebung von dem Kipphebel 64 weg bewegt, entspannt die Feder 63 den Druck auf das konische Gleitstück 20 durch den Stößel 60, wobei das konische Gleitstück 20 in die Kupplung hinein gezogen wird. Der Vorteil dieser Variante ist der, dass der Kipphebel 64 einen mechanischen Vorteil bietet, der einen sanfteren Anstieg an den Schattennocken ermöglicht.
6, 6a veranschaulichen ein Stellglied ähnlich dem in 4a bis 4c gezeigten Stellglied mit einer Schlepphebelplatte 68, angeordnet innerhalb des Nockendeckelringes 17 und beinhaltend V-Nute auf einer Endfläche der Schwinghebelplatte 68, und Rollenlager zwischen dem Nockendeckelring 17 und der Schlepphebelplatte 68, so dass sich der Nockendeckelring 17 relativ zu der Schlepphebelplatte 68 drehen kann. Das Stellglied umfasst weiterhin das axial befestigte Lagerschild 70, angeordnet zwischen dem ersten unrunden angetriebenen Zahnrad 4 und dem Schattennockendeckelring 17 und beinhaltend eine Feder 69, zum Verhindern von Drehung der Schlepphebelplatte 68, und ein bewegliches Lagerschild 71, angeordnet zwischen einem Ende des konischen Laufringes 20 und dem Schattennockendeckelring 17 und beinhaltend einen axialen Kegel, der mit der V-Nut in der Schlepphebelplatte 68 übereinstimmt.
Das in 6b gezeigte Stellglied ist ähnlich dem in 5a bis 5b gezeigten Stellglied mit einem Kipphebel 64' und einer Platte 68', die in der gleichen Ebene liegen wie die Ventilstößel 16a, 16b. Weiterhin enthält diese Variante keinen Nockendeckelring 17. Die Platte 68' enthält Rippen für Eingriff des konischen Laufringes 20. Wenn eine Nockenerhebung nach außen gegen den Kipphebel 64' drückt, bewirkt der Kipphebel 64' Querbewegung der Platte 68' zu der Drehachse der Zwischenwelle 13, wobei die Rippen der Platte 68' in den konischen Laufring 20 eingreifen und das konische Gleitstück 20 in die Kupplung hinein drücken. Der Vorteil dieser Variante besteht darin, dass das Stellglied durch die Zentrifugalkräfte von der Drehung der Schattennocken nicht beeinträchtigt werden.
Alle bisher beschriebenen Stellglieder beinhalteten Schattennocken 16, 16a zusammen mit Vorrichtungen zur Übertragung der Nockenwirkung der Schattennocken auf die Kupplung und beschatteten die nichtlinearen Bereiche der Teilkreise des ersten und des zweiten Antriebsrades 3, 12. 7 bis 10 veranschaulichen Stellglieder, die Schattenlagernocken verwenden, um das erste und das zweite unrunde Zahnradpaar an die und von der Eingangswelle und der Ausgangswelle zu kuppeln und zu entkuppeln, die die nichtlinearen Bereiche der Teilkreise des ersten und des zweiten angetriebenen Zahnrades 4, 11 beschatten. Das in 7, 7b, 7c gezeigte Stellglied wird in Verbindung mit einem „Getriebe/Träger"-Getriebe gezeigt, das eine koplanare Zahnradgetriebeschleife 77 für Übertragung von Drehmoment zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnradgetriebesatz verwendet, und mit der Eingangswelle und der Aus gangswelle. Das Winkelrad ist drehfest an dem ersten angetriebenen Zahnrad 4 gelagert, das Ritzel ist drehfest an dem zweiten angetriebenen Zahnrad 11 gelagert, und die Käfigbaugruppe der koplanaren Zahnradgetriebeschleife 77 ist durch die Kupplung an das Ausgangszahnrad 2 gekuppelt.
Das Stellglied umfasst einen stationären Plattenkäfig 74, angeordnet um die Zwischenwelle 13 und beinhaltend einen ersten und einen zweiten Schlitz 74, 75, einen ersten beweglichen Kugeltaster 88, angeordnet in dem ersten Schlitz 74, und einen zweiten beweglichen Kugeltaster 88', angeordnet in dem zweiten Schlitz 75. Das Stellglied umfasst weiterhin einen ersten axialen Kugelnockenlaufring 72, gekuppelt an das erste angetriebene Zahnrad 4 und in Verbindung stehend mit dem ersten Schlitz 74, einen zweiten axialen Kugelnockenlaufring 73, gekuppelt an das zweite angetriebene Zahnrad 12 und in Verbindung stehend mit dem zweiten Schlitz 75, und einen axialen Kugelnockenlaufring 81, gekuppelt an das konische Gleitstück 20 der Kupplung und in Verbindung stehend mit den Schlitzen 74, 75. Die axialen Kugelnockenlaufringe 72, 73 sind exzentrisch zueinander. Weiterhin umfasst jeder Kugelnockenlaufring 72, 73 einen erhabenen Laufringbereich, der mit dem nichtlinearen Bereich des Teilkreises des jeweiligen angetriebenen Zahnrades synchronisiert ist, um das erste und das zweite unrunde Zahnrad von der Eingangswelle und der Ausgangswelle zu entkuppeln, wenn die Beschleunigung eines der unrunden Zahnradpaare nicht gleichmäßig ist. 7a veranschaulicht die erhabenen Laufringbereiche der axialen Kugelnockenlaufringe 72, 73 für die jeweiligen unrunden Zahnradpaare.
Das in 8, 8a gezeigte Stellglied wird in Verbindung mit einem „Kegel/Kegel"-Getriebe gezeigt, das eine koplanare Zahnradgetriebeschleife 77 verwendet, um Drehmoment zwischen dem ersten und dem zweiten unrunden Zahnradsatz und der Eingangswelle und Ausgangswelle verwendet. Das Ritzel 10 der koplanaren Zahnradgetriebeschleife 77 ist drehbar um eine starre Vorgelegewelle 55 angeordnet und drehfest an dem ersten angetriebenen Zahnrad 4 gelagert. Die Käfigbaugruppe 9.1 ist drehfest. an dem zweiten angetriebenen Zahnrad 11 gelagert. Das Innenzahnrad ist durch die Kupplung an das Ausgangszahnrad 2 gekuppelt.
Das Stellglied umfasst einen ersten Lagerhalblaufring 83, angeordnet an einer Schulter des Ritzels 10, und einen zweiten Lagerhalblaufring 82, angeordnet neben der radial am weitesten innen liegenden Schulter der Käfigbaugruppe 9.1. Das Ritzel 10 ist so drehbar in der Käfigbaugruppe 9.1 angeordnet, dass der erste und der zweite Lagerhalblaufring 82, 83 zusammen einen vollen Lagerlaufring ausmachen. Das Stellglied umfasst weiterhin einen einzelnen Kugeltaster 88 in dem vollen Lagerlaufring und einen stationären Kugeltaster 74, angeordnet zwischen dem Kugeltaster 88 und dem konischen Laufring 20 der Kupplung. Weiterhin umfassen der erste und der zweite Lagerhalblaufring 82, 83 jeweils einen erhabenen Laufringbereich, der mit dem nichtlinearen Bereich des Teilkreises des entsprechenden angetriebenen Zahnrades synchronisiert ist, um das erste und das zweite unrunde Zahnrad von der Eingangswelle und der Ausgangswelle zu entkuppeln, wenn die Beschleunigung eines der unrunden Zahnräderpaare nicht gleichmäßig ist.
Das in 9, 9a gezeigte Stellglied ist ähnlich dem in 8, 8a gezeigten Stellglied mit einem ersten Lagerhalblaufring 80 und einem zweiten Lagerhalblaufring 82 konzentrisch mit dem ersten Lagerhalblaufring 80, beide angeordnet in der Nähe der radial am weitesten innen liegenden Schulter der Käfigbaugruppe 9.1. Das Stellglied umfasst weiterhin eine Kugelnockensteigleitung 83 mit einem ersten Steigleitungshalblaufring 83' und einem zweiten Steigleitungshalblaufring 83" konzentrisch mit dem ersten Steigleitungshalblaufring 83'. Die Kugelnockensteigleitung 83 befindet sich in einem Kanal in der Käfigbaugruppe 9.1 und umfasst eine Feder, die sich durch die Käfigbaugruppe 9.1 erstreckt und in eine passende Feder an dem zweiten Kegelrad 10 eingreift, so dass die Kugelnockensteigleitung 89 mit dem zweiten Kegelrad 10 drehen kann. Der erste Lagerhalblaufring 80 und der erste Steigleitungshalblaufring 83' zusammen umfassen einen ersten axialen Kugelnockenlaufring. Analog dazu umfassen der zweite Lagerhalblaufring 82 und der zweite Steigleitungshalblaufring 83'' zusammen einen zweiten axialen Kugelnockenlaufring. Das Stellglied umfasst weiterhin eine stationäre Kugeltasterplatte 74 mit einem Paar Schlitzen zur Aufnahme eines beweglichen Kugeltasters und eine Kugellaufringplatte 81. Die stationäre Kugeltasterplatte 74 ist verkeilt mit der starren Vorgelegewelle 55. Die Kugellaufringplatte 81 ist an das äußere konische Gleitstück der Kupplung gekuppelt und umfasst ein Paar Kugeltasterlaufringe, die mit dem ersten und dem zweiten Kugelnockenlaufring übereinstimmen. Weiterhin umfassen der erste Plattenhalblaufring 80 und der zweite Steigleitungshalblaufring 83'' jeweils einen erhabenen Laufringbereich, der mit dem nichtlinearen Bereich des Teilkreises des entsprechenden angetriebenen Zahnrades synchronisiert ist, um die angetrie benen Zahnräder 4, 11 von der Eingangswelle und der Ausgangswelle zu entkuppeln, wenn die Beschleunigung eines der unrunden Zahnradpaare nicht gleichmäßig ist.
Das in 10, 10a gezeigte Stellglied ist in Verwendung in Verbindung mit einem „Kegel/Träger"-Getriebe dargestellt, das eine koplanare Zahnradgetriebeschleife für Übertragen von Drehmoment zwischen dem ersten und dem zweiten unrunden Zahnradsatz und der Eingangswelle und Ausgangswelle verwendet. Das Ritzel der koplanaren Zahnradgetriebeschleife ist drehfest an dem ersten angetriebenen Zahnrad 4 gelagert. Die Käfigbaugruppe ist an der Zwischenwelle 13 befestigt. Das Innenzahnrad ist durch die Kupplung an das zweite angetriebene Zahnrad 11 gekuppelt.
Das Stellglied umfasst ein erstes Zentralachsenrad 85, gekuppelt an das erste Antriebsrad 3, ein zweites Zentralachsenrad 84, gekuppelt an das zweite Antriebsrad 12, ein erstes Zwischenrad 85', drehbar angeordnet um die Zwischenwelle 13 herum und eingreifend in das erste Zentralachsenrad 85, ein zweites Zwischenrad 84', drehbar angeordnet um die Zwischenwelle 13 herum und eingreifend in das zweite Zentralachsenrad 84, und eine Kugeltasterführung 86, angeordnet um die Zwischenachse 13 zwischen den Zwischenrädern 84', 85' und dem konischen Gleitstück der Kupplung. Die Kugeltasterführung 86 umfasst ein Paar Öffnungen für die Aufnahme von stumpfen Kugeltastern 88 in denselben. Weiterhin umfassen das erste und das zweite Zwischenrad 84', 85' jeweils einen entsprechenden sich in axialer Richtung erstreckenden Steigleitungsbereich 91, 90, der mit dem nichtlinearen Bereich des Teilkreises des jeweiligen Antriebsrades synchronisiert ist, um das erste und das zweite unrunde Zahnrad von der Eingangswelle und der Ausgangswelle zu entkuppeln, wenn die Beschleunigung eines der unrunden Zahnradpaare nicht gleichmäßig ist.
Nach der Beschreibung der verschiedenen Ausführungen der regelbaren unrunden Zahnradpaare werden nun die multidirektionale Kupplung und das Stellglied, eine Ausführung des Phasenwinkelvariators für Drehen des zweiten unrunden Zahnradpaares 12, 11 relativ zu dem ersten unrunden Zahnradpaar 3, 4, unter Verweis auf 11 diskutiert. Der in 11 gezeigte Phasenwinkelvariator ist ein hydraulisch betätigter Variator und umfasst einen Stator 25, drehfest an der ersten Eingangswelle 3.1 gelagert, und einen Rotor 26, angeordnet in dem Stator 25. Der Rotor 26 dreht sich um seine Achse, die exzentrisch zu der Mitte des Stators 25 ist, und umfasst eine Erhe bung, die sich radial nach außen von dem Rotorkörper zu den Innenfläche des Stators 25 erstreckt. Der Rotor 26 umfasst weiterhin eine zylindrische axiale Verlängerung 26.1, drehfest an der zweiten Eingangswelle 12.1 gelagert, beinhaltend eine Öffnung zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit, und eine Muffe 28, befestigt in dem Rotor 26. Der Phasenwinkelvariator umfasst weiterhin eine Ölleitung 27, drehfest an der ersten Eingangswelle 3.1 gelagert und in dem Rotor 26 in der Muffe 28 angeordnet. Die Ölleitung 27 umfasst weiterhin eine Vielzahl von spiralförmigen Flüssigkeitskanälen zwischen den tragenden Flächen 27.1, 27.2, angeordnet um den Umfang der Ölleitung 27 herum. Die Muffe 28 umfasst Flüssigkeitseintrittsöffnungen und Flüssigkeitsaustrittsöffnungen +, – für die Durchleitung von unter Druck stehender Flüssigkeit zu und von den Flüssigkeitskanälen. Der Phasenwinkelgenerator umfasst weiterhin eine Vielzahl von Federn s2, angeordnet gegen ein Ende der Ölleitung 27, um die Ölleitung in den Rotor 26 zu drücken.
Im Betrieb wird unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit auf die Öffnung p1 des Rotors 26 gegeben, wodurch sich die Ölleitung 27 axial relativ zu dem Rotor 26 entgegen der von den Federn s2 auf die Ölleitung ausgeübten Kraft bewegt. Wenn sich die Ölleitung 27 axial bewegt, werden die tragenden Flächen 27.1, 27.2 um eine Entfernung von der Flüssigkeitseintrittsöffnungen und Flüssigkeitsaustrittsöffnung +, – verschoben, wodurch Flüssigkeit in die Flüssigkeitskanäle eintreten kann. Die unter Druck stehende Flüssigkeit in den Flüssigkeitskanälen versetzt den Rotor 26 (und die erste Eingangswelle 3.1) in Drehung relativ zu der zweiten Eingangswelle 12.1, bis die tragenden Flächen 27.1, 27.2 in eine Stellung gedreht werden, die die Flüssigkeitseintrittsöffnung und die Flüssigkeitsaustrittsöffnung +, – verschließt. Offensichtlich ist die Drehrichtung des Rotors 26 davon abhängig, ob unter Druck stehende Flüssigkeit p2 an der Flüssigkeitsöffnung + oder der Öffnung – anliegt.
Diagramm 6 von 11 zeigt eine „aufgewickelte" Ölleitung 27 und veranschaulicht die tragenden Flächen 27.1, 27.2 und die Winkelverschiebung der Ölleitung 27 relativ zu dem Druck der Hydraulikflüssigkeit an der Öffnung p1. Offensichtlich kann der Phasenwinkel zwischen der ersten und der zweiten Eingangswelle 3.1, 12.1 durch Kontrollieren des Druckes der Hydraulikflüssigkeit an der Öffnung p1 verändert werden.
Wie bereits diskutiert, ist mit dem erfindungsgemäßen Getriebe eine stufenlose Übersetzung möglich. Beispielsweise würde das in 2f gezeigte stufenlose „Kegel/Träger"-Getriebe 300 eine stufenlose Übersetzung haben, wenn der Phasenwinkel 110° beträgt. Wenn der Phasenwinkel jedoch nicht genau 110° beträgt und das Getriebe in ein Kraftfahrzeug eingebaut würde, würde das Kraftfahrzeug kriechen. Diagramm 7 von 11 zeigt eine Variante der tragenden Flächen 27.1, 27.2, die verhindern soll, dass das Fahrzeug schleicht. Die tragenden Flächen 27.1, 27.2 werden geändert, indem jeweilige nichtspiralförmige Bereiche einbezogen werden, die die Flüssigkeitseintrittsöffnung und die Flüssigkeitsaustrittsöffnung +, – verschließen sollen, wenn der Phasenwinkel zwischen etwa 90° und 120° liegt. Folglich wird der Phasenwinkelvariator in diesem Winkelbereich gesperrt, und das auf den Rotor 26 aufgebrachte Umkehrdrehmoment wird den Rotor 26 in Drehung versetzen, bis der Ausgang des Getriebes gleich Null ist.
11 a zeigt einen weiteren hydraulisch betätigten Variator, ähnlich dem in 11 gezeigten Variator, umfassend einen Stator 25, drehfest an der ersten Eingangswelle 3.1 gelagert, und einen Rotor 26, angeordnet in dem Stator 25 und an die zweite Eingangswelle 12.1 gekuppelt. Im Gegensatz zu dem in 11 gezeigten Variator umfasst der in 11 a gezeigte Variator jedoch zwei Lappen, die sich radial nach außen von dem Rotorkörper zu der Innenfläche des Stators 25 erstrecken, um vier Druckbeaufschlagungskammern um den Rotor 26 herum zu definieren, um ein größeres Drehmoment an dem Rotor 26 zu erhalten. Weiterhin umfasst der Variator ein Ritzel 30, und der Rotor 26 umfasst ein Innenzahnrad 26.1 koaxial mit der Drehachse des Rotors 26, um ein größeres Drehmoment zum Drehen der zweiten Eingangswelle 12.1 zu erhalten. 11b zeigt einen weiteren hydraulisch betätigten Variator, ähnlich dem in 11a gezeigten Variator, außer dass der Rotor 26 eine Käfigbaugruppe mit einem Hohlrad 32 und einer exzentrischen Führung für Eingriff der äußeren Zahnradfläche des Hohlrades 32 mit dem Innenzahnrad 26.1 und für Eingriff der Innenzahnradfläche des Hohlrades 32 in des Ritzel 30 umfasst Offensiehtlich ähnelt die letztere Ausführung des Rotors einer koplanaren Zahnradgetriebeschleife und eliminiert den Versatz zwischen der Mitte des Stators 25 und der Drehachse des Rotors 26.
12 zeigt einen Phasenwinkelvariator, der den Phasenwinkel zwischen dem ersten und dem zweiten regelbaren Zahnradpaar entsprechend dem an der Ausgangs welle 1.1 anliegenden Drehmoment ändert. Der Variator umfasst die erste Eingangswelle 3.1, die zweite Eingangswelle 12.1, das erste unrunde angetriebene Zahnrad 2, drehfest an der ersten Eingangswelle 3.1 gelagert, und das zweite unrunde angetriebene Zahnrad 12, drehfest an der zweiten Eingangswelle 12.1 gelagert. Der Variator umfasst weiterhin ein Torsionsfedergehäuse 93, drehfest an der ersten Eingangswelle 3.1 gelagert, eine Torsionsfeder 92, angeordnet in dem Torsionsfedergehäuse 93 und zwischen der ersten Eingangswelle 3.1 an einem Ende und der zweiten Eingangswelle 12.1 an dem anderen Ende gekuppelt, und einen Anschlag 93.1, angeordnet in dem Gehäuse zum Begrenzen der Größe des Phasenwinkels zwischen dem ersten und dem zweiten regelbaren Zahnradpaar. Im Betrieb, wenn ein Primärantrieb die erste Eingangswelle 3.1 wie in 12 gezeigt mit einem Drehmoment t1 dreht und eine Last an die Ausgangswelle 1.1 angelegt wird, erfährt die zweite Eingangswelle 12.1 ein Umkehrdrehmoment t2, das proportional zu der angelegten Last ist. Demzufolge wird sich der Winkel zwischen dem ersten und dem zweiten regelbaren Zahnradpaar entsprechend der angelegten Last und der Federkonstante der Torsionsfeder 92 ändern. Offensichtlich dreht sich vorzugsweise die zweite Eingangswelle 12.1 mit Zunahme der angelegten Last relativ zu der ersten Eingangswelle 3.1 ausreichend, um das Drehmoment an dem Primärantrieb auf ein annehmbares Niveau zu reduzieren.
Es wird weiterhin darauf verwiesen, dass die Breite des Torsionsfedergehäuses 93 mit der radialen Entfernung von den Eingangswellen abnimmt. Es wird angenommen, dass diese Form die radial am weitesten außen liegenden Bereiche der Torsionsfeder 92 an dem Torsionsfedergehäuse 93 halten wird, um so eine bessere Kontrolle über den Phasenwinkel zu haben.
13, 13a, 13b zeigen einen manuell betätigten Variator, der sich für den Einsatz in landwirtschaftlichen Fahrzeugen, wie zum Beispiel in Traktoren, eignet. Das in 13 gezeigte Getriebe umfasst die regelbare "Kegel/Träger"Getriebebaugruppe die unter Bezugnahme auf Abbildung 2h beschrieben wird, und das Stellglied, das unter Bezugnahme auf 10 beschrieben wird. Der Variator umfasst ein Variatordifferential mit einem Kegelradsteuerarm 96, drehfest an dem ersten unrunden Antriebsrad 3 gelagert, ein Variatorkegelrad 97, drehfest an dem zweiten unrunden Antriebsrad 12 gelagert, und einen Käfig 99 mit einer Vielzahl von Ritzeln 98, eingreifend in den Kegelradsteuerarm 96 und das Variatorkegelrad 97. Durch Antreiben der ersten Eingangswelle 3.1 mit einem Primärantrieb kann das Übersetzungsverhältnis des Getriebes offensichtlich durch Drehen des Steuerarmes 96 gesteuert werden. Vorzugsweise ist die Größe des Phasenwinkels auf 110° begrenzt, um unerwünschte Schwankungen der Ausgangsdrehzahl zu vermeiden.
14 zeigt einen Zahnradvariator mit einem ersten Schaltrad a, drehfest an dem ersten angetriebenen Zahnrad 4 gelagert, einem zweiten Schaltrad b, drehfest an dem zweiten angetriebenen Zahnrad 11 gelagert, einer Käfigbaugruppe 807, drehbar um die Eingangswellen 3.1, 12.1 angeordnet, und einer Trommel 808, angeordnet in der Käfigbaugruppe 807 und haltend ein darauf drehbares Zahnradpaar 809. Das Zahnradpaar 809 umfasst ein erstes Trommelrad b, eingreifend in das erste Schaltrad a, und ein zweites Trommelrad c, befestigt an dem ersten Trommelrad b und eingreifend in das zweite Schaltrad d.
Der Variator umfasst eine Bandkupplung, angeordnet zwischen der Käfigbaugruppe 807 und dem Gehäuse 15 des Getriebes, die als Bremse für selektives Verhindern von Drehung der Käfigbaugruppe 807 relativ zu dem Gehäuse 15 dient. Die Bandkupplung umfasst einen Kupplungsständer 801, einen Kupplungsrotor 803, angeordnet in dem Kupplungsständer 801, Endplatten 802a, 802b und ein Kupplungsband 804, angeordnet in dem Kupplungsrotor 803 und gekuppelt zwischen dem Kupplungsrotor 803 an einem Ende und den Kupplungsendplatten 802 an dem gegenüberliegenden Ende. Der Variator umfasst weiterhin eine Variatorendplatte 801, drehfest an der zweiten Eingangswelle 12.1 gelagert, und eine Konuskupplung 806 und ein zugehöriges Konusstellglied 805 für selektives Verhindern von Drehung der Käfigbaugruppe 807 relativ zu der zweiten Eingangswelle 12.1
Wie aus 14 hervorgeht, ist der Durchmesser des ersten Schaltrades a größer als der Durchmesser des zweiten Schaltrades d. Wenn demzufolge die Bremse aktiviert wird und. sich die Eingangswellen 3.1, 2.1 in die gleiche Richtung drehen, wird ein Drehmoment an der Trommel 808 erzeugt und zwingt die zweite Eingangswelle 12.1, sich vor der ersten Eingangswelle 3.1 zu drehen, wodurch der Phasenwinkel erhöht wird. Andererseits, wenn die Bremse gelöst wird, versetzt das Drehmoment an der Trommel 808 die Käfigbaugruppe 807 in Drehung, wobei die zweite Eingangswelle gezwungen wird, sich zurück zu der ersten Eingangswelle 3.1 zu drehen, wodurch der Phasenwinkel verkleinert wird. Wenn der gewünschte Phasenwinkel erreicht ist, wird die Konuskupplung aktiviert und die Bremse wird gelöst (wenn sie nicht bereits gelöst ist), wodurch weitere Bewegung der zweiten Eingangswelle 12.1 relativ zu der ersten Eingangswelle 3.1 verhindert wird.
Bislang wurde in der Diskussion angenommen, dass die unrunden Zahnräder 3, 4, 11, 12 standardmäßige Evolventenzähne verwenden. Obwohl solche Zahnradzähne in dem erfindungsgemäßen stufenlosen Getriebe verwendet werden könnten, würden die Unterschiede in den Lochkreisdurchmessern zu Schwankungen des Überdeckungsgrades zwischen den unrunden Antriebsrädern 3, 12 und den zugehörigen unrunden angetriebenen Zahnrädern 4, 11 führen. Demzufolge würde die Last, die von den Getrieben getragen werden könnte, begrenzt sein. Weiterhin würden Schwankungen in dem Überdeckungsgrad zu einer übermäßigen Geräuschbildung führen. Daher ist es wünschenswert, unrunde Zahnräder mit konstantem Überdeckungsgrad zu haben.
15 veranschaulicht das herkömmliche Verfahren für das Erzeugen von Evolventenzähnen an runden Zahnrädern. Zuerst wird ein Teilkreis pc für jedes Zahnrad entsprechend der Getriebeabstufung des Zahnradpaares definiert. Danach wird ein Eingriffswinkel ausgewählt, und für jedes unrunde Zahnrad wird ein Erzeugerkreis gc so konstruiert, dass die Wirkungslinie durch den Wälzpunkt a der Teilkreise hindurchgeht und tangential zu jedem Teilkreis gc ist. Da die Wirkungslinie eine Kongruenzlinie darstellt, müssen alle Punkte auf der Zahnflanke auf der Wirkungslinie liegen, wenn sich der Zahn hin zu dem Wälzpunkt dreht. Daher wird eine Linie m tangential zu der Wirkungslinie und durch den Wälzpunkt hindurchgehend gezogen, um den Anfangspunkt auf der Zahnflanke zu ermitteln. Diese Linie m wird dann um eine Linie n tangential zu der Linie m und hindurchgehend durch den jeweiligen Mittelpunkt eines jeden Zahnrades gedreht, bis sich der Wälzpunkt mit dem jeweiligen Teilkreis schneidet. Der Schnittpunkt wird mit a' bezeichnet.
Der Schnittpunkt der Linie m mit dem Erzeugerkreis wird mit 1 bezeichnet. Wie in Zeichnung 1 van 15 gezeigt, bezeichnet der Winkel θ die Winkelverschiebung des Punktes a' relativ zu dem Wälzpunkt a. Der Punkt 1 wird dann um den jeweiligen Zahnradmittelpunkt hin zu dem Wälzpunkt über den Winkel θ gedreht. Der so entstehende Punkt ist das Anfangspunkt für die Zahnflanke und wird im Diagramm mit 1'' für Zahnrad 3 bzw. mit 1' für Zahnrad 4 bezeichnet. Dieses Verfahren wird für jeden Punkt auf der Wirkungslinie zwischen den Anfangspunkten 1 für jedes Zahnrad wiederholt, und der daraus resultierende geometrische Ort definiert die Form einer jeden Zahnflanke. Beispielorte werden in dem Diagramm 1 mit x und y bezeichnet. Dieses Verfahren ist jedoch ungeeignet für unrunde Zahnradpaare, da sich der Wälzpunkt a entlang der Linie zwischen den Zahnradmittelpunkten bewegt, wenn sich die Zahnräder drehen.
Das folgende Verfahren wurde entwickelt, um Zahnflanken für unrunde Zahnräder zu definieren und gleichzeitig sicherzustellen, dass die Zahnräder einen konstanten Überdeckungsgrad haben. Obwohl sich das folgende Verfahren auf unrunde Zahnräder bei Verwendung in Verbindung mit stufenlosen Getrieben bezieht, ist anzumerken, dass das Verfahren für beliebige Zahnradsätze gilt, bei denen ein konstanter Überdeckungsgrad gewünscht ist.
Zuerst muss ein Teilungsort für die Zahnräder entsprechend dem gewünschten Übersetzungsverhältnisprofil festgelegt werden. 15a veranschaulicht das Übersetzungsverhältnisprofil R für ein erstes unrundes Zahnradpaar 3, 4 (der Einfachheit halber in 15b gezeigt). Wie ersichtlich ist, ist das durchschnittliche Übersetzungsverhältnis des Zahnradpaares 3, 4 gleich 1,0, da das unrunde Zahnrad 3 die gleiche Größe hat wie das unrunde Zahnrad 4. Die folgende Diskussion ist jedoch auch relevant für das Herstellen von Zahnrädern unterschiedlicher Größe.
Von dem in 15a gezeigten Übersetzungsverhältnisprofil kann man die Polarkoordinaten für jeden Punkt auf dem Teilungsort für das Antriebsrad 3 erhalten. Wenn sich das Antriebsrad 3 beispielsweise um 110° gedreht hat, ist das Übersetzungsverhältnis R gleich 1,0. Demzufolge liegt dieser Punkt auf dem Antriebsrad 3 bei 50% der Entfernung zwischen dem Mittelpunkt des Antriebsrades 3 und dem Mittelpunkt des angetriebenen Zahnrades 4 und daher sind seine Polarkoordinaten 0,5 ∠ 110°.
Von diesem Profil kann man weiterhin die Polarkoordinaten für jeden Punkt auf dem Teilungsort für das angetriebene Zahnrad 4 erhalten, indem die Fläche unter dem Übersetzungsverhältnisprofil ermittelt wird. Beispielsweise muss der Punkt auf dem angetriebenen Zahnrad 4, der ein Übersetzungsverhältnis R von 1,0 bereitstellt, auch einen Radius von 0,5 bezogen auf die Entfernung zwischen dem Mittelpunkt des Antriebsrades 3 und dem Mittelpunkt des angetriebenen Zahnrades 4 haben. Da das Übersetzungsverhältnis an diesem Punkt bei 0,5 (bei 0°) beginnt und linear auf 1,0 (bei 110°) ansteigt, wird dieser Punkt ein durchschnittliches Übersetzungsverhältnis von 0,75 über 110° haben. Demzufolge wird die Winkelverschiebung an diesem Punkt 82,5° (75% von 110°) sein, und seine Polarkoordinaten werden 0,5 ∠ 82,5° sein. Die Polarkoordinaten für den nichtlinearen Bereich des Übersetzungsverhältnisprofils kann ermittelt werden, indem die Gleichung für das Übersetzungsverhältnisprofil über das Winkelintervall des nichtlinearen Bereiches eingebaut wird. 15c veranschaulicht die Polarkoordinaten für jeden Punkt auf dem Teilungsort für die unrunden Zahnräder 3, 4.
15d veranschaulicht das Übersetzungsverhältnisprofil R für ein zweites unrundes Zahnradpaar 12, 11 (der Einfachheit halber in 15c gezeigt). Wie zu erkennen ist, stellen die zweiten unrunden Zahnräder 12, 11 weniger Beschleunigung bereit als die ersten unrunden Zahnräder 3, 4. 15f veranschaulicht die Polarkoordinaten für jeden Punkt auf dem Teilungsort für die unrunden Zahnräder 12, 11.
15g veranschaulicht eine Änderung des in 15a, 15d gezeigten Übersetzungsverhältnisprofils, gekennzeichnet durch eine aufwärts gerichtete Unregelmäßigkeit in der Drehung eines angetriebenen regelbaren Zahnrades nahe dem Ende einer Periode konstanter Beschleunigung bzw. durch eine abwärtsgerichtete Unregelmäßigkeit in der Drehung eines angetriebenen regelbaren Zahnrades in der Nähe des Anfangs einer Periode konstanter Beschleunigung und/oder umgekehrt. Diese Unregelmäßigkeiten werden in 15g mit +a bzw. –a bezeichnet. Diese Änderung bewirkt in einer Kupplungsphase ein leichtes Absacken des Drehmomentes in einem Drehmoment-Kontinuum, wobei das Entkuppeln einer aktiven programmierbaren Kupplung ermöglicht wird und daher die Übertragung von Drehmoment zwischen winkelig nebeneinanderliegenden regelbaren Zahnradsätzen.
Nachdem der Teilungsort für jedes unrunde Zahnrad festgelegt worden ist, wird der Teilungsort vorzugsweise so in gleiche Winkelsegmente entsprechend der gewünschten Anzahl von Zähnen unterteilt, dass man eine konstante Überdeckung erhält. Der in 15h gezeigte Teilungsort wurde in 12-Grad-Segmente unterteilt, um 30 Zähne an jedem unrunden Zahnrad zu erhalten. Danach wird ein Segment des Teilungsortes ausgewählt, und Punkte werden entlang einer Hälfte des Segmentes eingezeichnet, be ginnend mit dem Punkt auf dem Teilungsort, der die Linie kreuzt, die die Mittelpunkte der Zahnräder miteinander verbindet. Im Diagramm 1 von 15h werden diese Ortspunkte mit a, b, c, d, e, f, g bezeichnet. Jeder Ortspunkt a bis g wird sodann zurückprojiziert auf die Linie, die die Mittelpunkte der Zahnräder miteinander verbindet, wobei der effektive Wälzpunkt für jeden Teilungsortpunkt festgelegt wird. Die effektiven Wälzpunkte werden im Diagramm 1 mit pb, pc, pd, pe, pf, pg bezeichnet.
Nachdem die effektiven Wälzpunkte für die Teilungsortpunkte festgelegt sind, wird eine effektive Wirkungslinie für jeden Ortspunkt erstellt, die durch den effektiven Wälzpunkt hindurch geht. Da alle Ortspunkte auf der tatsächlichen Wirkungslinie der Zahnräder liegen sollen, werden die effektiven Wirkungslinien parallel zueinander und schräg mit dem gleichen Winkel wie die tatsächliche Wirkungslinie gezogen. Im Diagramm 1 von 15h ist die Wirkungslinie 25°, wie im Falle des runden Zahnradsatzes von 15. Danach wird jeder Teilungsortpunkt zurückprojiziert entlang der jeweiligen effektiven Wirkungslinie, um einen effektiven Erzeugerkreispunkt zu lokalisieren. Die Entfernung zwischen dem effektiven Erzeugerkreispunkt und dem jeweiligen effektiven Wälzpunkt ist gleich der Länge zwischen dem jeweiligen Teilungsortpunkt und der Linie, die die Zahnradmittelpunkte miteinander verbindet. Die effektiven Erzeugerkreispunkte werden im Diagramm 1 mit ab, ac, ad, ae, af, ag bezeichnet.
Schließlich wird die Form der Zahnflanke festgelegt, indem jeder Erzeugerkreispunkt um ein Winkelintervall θ gleich dem Winkelintervall zwischen dem jeweiligen Teilungsortpunkt und der Linie, die die Zahnradmittelpunkte miteinander verbindet, gedreht wird. Indem jeder Erzeugerkreispunkt um den Mittelpunkt jedes Zahnrades gedreht wird, werden die Zahnkopfhöhe der Zahnflanke eines Zahnrades und die Zahnfußhöhe der Zahnflanke des gegenüberliegenden Zahnrades erstellt. Das Verfahren wird danach für die Ortspunkte auf der anderen Hälfte des Teilungsortsegmentes wiederholt. Dieses Verfahren gewährleistet, dass die Zahnflanke eines Zahnrades über einen Winkelbereich, der doppelt so groß ist wie das Winkelintervall zwischen ähnlichen Zahnflanken, kongruent mit der Zahnflanke des eingreifenden Zahnrades bleibt. Daher wird ein Überdeckungsgrad von mindestens 2,0 erzielt. Alternativ dazu, wie in 15i gezeigt, kann das Verfahren für die gesamte Zahnflanke in einem einzigen Schritt durchgeführt werden, indem jeder Teilungsortpunkt entlang der jeweiligen Wirkungslinie um eine Entfernung gleich der halben Bogenlänge zwischen dem jeweiligen Teilungsortpunkt und der Linie, die die Mittelpunkte der Zahnräder miteinander verbindet, projiziert wird und indem danach die effektiven Erzeugerkreispunkte um das Winkelintervall θ/2 zurück gedreht werden.
Nachdem mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben worden sind, werden nun mehrere bevorzugte Getriebeausführungen unter Verwendung dieser Ausführungsbeispiele kurz beschrieben werden. 16 veranschaulicht ein Getriebe unter Verwendung des unter Verweis auf 11, 11a, 11b beschriebenen hydraulisch betätigten Variators, des stufenlosen „Kegel/Träger"-Getriebes 500 und des Getriebes mit zusätzlicher Geländeübersetzung und Rückwärtsgang, gekuppelt an den Ausgang des Getriebes 500.
16a veranschaulicht ein Getriebe, das im Wesentlichen identisch mit dem in 16 gezeigten Getriebe ist, jedoch eine Trommelauslösekupplungsbaugruppe 35 umfasst, die ermöglicht, dass sich das Gehäuse 15 im Einklang mit der Eingangswelle und der Ausgangswelle dreht, wenn das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 500 Eins erreicht. Das Gehäuse 15 wird in 16b detaillierter dargestellt. Diese Änderung an dem in 16 gezeigten Getriebe ist vorteilhaft, da die Zahnräder des Getriebes 500 als Festkupplung arbeiten werden, wenn das Übersetzungsverhältnis Eins erreicht. Indem das Gehäuse 15 bei einem Übersetzungsverhältnis von Eins an die Eingangswelle und die Ausgangswelle gekuppelt wird, wird daher Leistungsverlust bei hohen Drehzahlen reduziert, indem das Getriebe 500 effektiv aus dem Drehmoment-Kontinuum heraus genommen wird.
17 veranschaulicht ein Getriebe unter Verwendung eines stufenlosen Getriebes, das die unter Verweis auf 9 und 10 beschriebenen Merkmale in sich vereint, und das die unter Verweis auf 12 beschriebene Phasenwinkeländerung und ein Getriebe 2 : 1, gekuppelt an den Ausgang des stufenlosen Getriebes, umfasst um Übersetzungsverhältnisse zu erreichen die sich in stufenlosen kleinen Schritten von 1 : 1 bis 4 : 1 verändern lassen.
Die obenstehenden Ausführungsbeispiele sollen die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulichen. Der Durchschnittsfachmann kann bestimmte Zusätze, Streichungen oder Änderungen zu oder an den vorstehenden Ausführungsbeispielen erkennen, auch wenn diese nicht ausdrücklich hierin vorgeschlagen werden, die jedoch nicht von dem Geltungsbereich der Erfindung gemäß den anhängenden Ansprüchen abweichen werden.

Claims

Stufenloses Getriebe mit: einem Drehantriebsglied (3.1; 12.1) und einem Drehabtriebsglied (1.1); einem Paar veränderlicher Übersetzungszahnradsätze (3, 4; 11, 12); einer multidirektionalen Kupplung (20, 21, 22), verbunden mit einem der Zahnradsätze (3, 4; 11, 12); einem Stellantrieb (16, 16a, 17), verbunden mit der Kupplung für das Kuppeln der Zahnradsätze (3, 4; 11, 12) an die Drehglieder (3.1; 12.1; 12.1) zum Versehen eines gleichmäßigen Übersetzungsverhältnisses zwischen den Drehgliedern; einem Phasenwinkelvariator (25–27; 92, 93; 96–99; 801–809), verbunden mit mindestens einem der Zahnradsätze (3, 4; 11, 12) für das Ändern einer Drehwinkelverschiebung zwischen den Zahnradsätzen (3, 4; 11, 12) für das Ändern des gleichmäßigen Übersetzungsverhältnisses, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (15, 16, 17) mit der Kupplung verbunden ist, um die Zahnradsätze (3,4; 11,12) über eine gemeinsame Winkelperiode an die Drehglieder (3.1; 12.1; 12.1) zu kuppeln, um ein gleichmäßiges Übersetzungsverhältnis zwischen den Drehgliedern (3.1; 12.1; 12.1) über die Winkelperiode bereit zu stellen.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Zahnradsätze (3, 4; 11, 12) einen konstanten Überdeckungsgrad hat.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb ein Paar Schattennocken (15, 16), an eines der Drehglieder (3.1; 12.1; 12.1) gekuppelt, umfasst, wobei jeder der Schattennocken (15, 16) mit einem jeweiligen Zahnradsatz (3, 4; 11,12) synchronisiert ist, um einen Kupplungszustand der Kupplung (20, 21, 22) zu ändern.
Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Schattennocken (15, 16) einen Nocken enthält, um den jeweiligen Zahnradsatz (3, 4; 11, 12) innerhalb der Winkelperiode an die Drehglieder (3.1; 12.1; 12.1) zu kuppeln.
Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schattennocken (15,16) ein Paar Lagerlaufringe (20) und ein Lager (21, 22), das mit den Laufringen in Verbindung steht, umfassen, wobei jeder Lagerlaufring einen Laufringteil enthält, um den jeweiligen Zahnradsatz innerhalb der Winkelperiode an die Drehglieder zu kuppeln.
Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schattennocken (15, 16) ein Paar Lagerhälftenlaufringe (82, 83) umfassen, wobei die Hälftenlaufringe zusammen einen gemeinsamen Laufring umfassen, und ein innerhalb des gemeinsamen Laufringes befindliches Lager, wobei jeder Lagerhälftenlaufring einen Laufringteil enthält, um den jeweiligen Zahnradsatz (3, 4; 11, 12) innerhalb der Winkelperiode an die Drehglieder zu kuppeln.
Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schattennocken (15,16) ein Paar Stellantriebszahnräder, an eines der Drehglieder gekuppelt, umfassen, wobei jedes Stellantriebszahnrad einen Steigerteil (83) enthält, um den jeweiligen Zahnradsatz (3, 4; 11, 12) innerhalb der Winkelperiode an die Drehglieder zu kuppeln.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Übersetzungszahnradsätze (3, 4; 11, 12) ein Intervall gleichmäßiger Beschleunigung und ein Intervall ungleichmäßiger Beschleunigung bereit stellt und dass die Winkelperiode ein Winkelintervall der beiden Zahnradsätzen gemeinsamen gleichmäßigen Beschleunigung enthält.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Übersetzungszahnradsätze (3,4; 11, 12) ein Paar ineinandergreifender unrunder Zahnräder (3, 4; 11, 12) umfasst, wobei jedes der unrunden Zahnräder einen linearen Teilkreisteil und einen nichtlinearen Teilkreisteil umfasst und wobei die Winkelperiode mit einem Intervall der beiden Zahnradsätzen gemeinsamen linearen Teilkreisteile übereinstimmt.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwinkelvariator (25–27; 92, 93; 96–99; 801–809) einen Stator (25), an eines der Drehglieder (3.1; 12.1; 12.1) gekuppelt, und einen Rotor (26) umfasst, der innerhalb des Stators angeordnet und an die jeweils anderen Drehglieder (3.1; 12.1; 12.1) gekuppelt ist.
Getriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (25) eine Öffnung (p1) enthält, um unter Druck stehendes Fluid für das Verschieben des Rotors (26) innerhalb des Stators in axialer Richtung zu empfangen, sowie eine Vielzahl von Spiralkanälen, und dass der Rotor Eintritts- und Austrittsöffnungen für unter Druck stehendes Fluid (+ , –) für die Verbindung mit den Spiralkanälen für das Drehen des Rotors, wenn der Rotor in axialer Richtung verschoben wird, umfasst.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwinkelvariator eine Feder (92), zwischen den Drehgliedern (3.1, 12.1) gekuppelt, umfasst, um die Phasenverschiebung als Reaktion auf die Ausgangslast zu verändern.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwinkelvariator ein Differentialgetriebe mit einem ersten Kegelrad (97), an eines der Drehglieder gekuppelt, ein manuell bedientes zweites Kegelrad (96), an die anderen Drehglieder (3.1) gekuppelt, und ein an die Kegelräder (96, 97) gekuppeltes Ritzel umfasst.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwinkelvariator ein erstes Stellantriebszahnrad (a; b), an eines der Drehglieder (3.1; 12.1) gekuppelt; ein zweites Stellantriebszahnrad (b; a), an die anderen Drehglieder (12.1; 3.1) gekuppelt; einen Käfig (807), drehbar um die Stellantriebszahnräder (a, b) und enthaltend eine Spule (808), drehbar an den Käfig (807) gekuppelt, umfasst; wobei die Spule (808) nimmt auf ein erstes Spulenrad (809) darauf eingreifend in das erste Stellantriebszahnrad (a; b) ein zweites Spulenrad (809) darauf eingreifend in ein zweites Stellantriebszahnrad sichert, wobei das erste Spulenrad (809) an das zweite Spulenrad (809) für Drehung mit demselben gekuppelt ist und einen anderen Durchmesser als das zweite Spulenrad hat sowie eine Bremse (81–803) für selektives Verhindern von Drehung des Käfigs.
Getriebe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwinkelvariator weiterhin eine Kupplung (806), für selektives Verhindern von Drehung des Käfigs relativ zu den Drehgliedern (12.1) an den Käfig (807) gekuppelt, umfasst.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die multidirektionale Kupplung umfasst: einen Laufring (20) mit einer ersten rohrförmigen Reibungsfläche, ein röhrenförmiges Teil (22) mit einer ersten Lagerfläche, ein röhrenförmiges Gleitstück (21) mit einer zweiten röhrenförmigen Reibungsfläche für Kuppeln an die erste röhrenförmige Reibungsfläche und mit einer zweiten Lagerfläche gegenüber der zweiten Reibungsfläche, wobei die zweite Lagerfläche gleichachsig mit der ersten Lagerfläche ist und zusammen mit der ersten Lagerfläche einen zwischen diesen befindlichen Kanal definiert, eine Vielzahl von Wälzkörpern (6), angeordnet in dem Kanal anstoßend an die Laufflächen, wobei der Kanal einen Hohlraum, darin sichernd zumindest einen der Wälzkörper (6) für Kuppeln des Laufringes (20) an das röhrenförmige Teil (22), wenn sich das röhrenförmige Teil und das Gleitstück relativ zueinander drehen, enthält; und wobei der Stellantrieb (15, 16, 17) so ausgelegt ist, dass er Drehbewegung des Gleitstückes (21) relativ zu dem röhrenförmigen Teil (22) über die Winkelperiode verhindert.
Getriebe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reibungsfläche eine konische Reibungsfläche umfasst, wobei die zweite röhrenförmige Reibungsfläche so geformt ist, dass sie zu der konischen Reibungsfläche passt, und dass der Stellantrieb einen Stellantriebring (17) für Bewegen des Gleitstückes (21) axial relativ zu dem Laufring (20) für Ändern eines Kupplungszustandes der Kupplung beinhaltet.
Getriebe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reibungsfläche eine konische Reibungsfläche umfasst, wobei die zweite röhrenförmige Reibungsfläche so geformt ist, dass sie zu der konischen Reibungsfläche passt, und dass der Stellantrieb einen Stellantriebring (17) für Bewegen des Laufringes (20) axial relativ zu dem auf das Gleitstück (21) für Ändern eines Kupplungszustandes der zu dem auf das Gleitstück (21) für Ändern eines Kupplungszustandes der Kupplung beinhaltet.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die veränderlichen Übersetzungszahnradsätze (3,4; 11, 12) an eines der Drehglieder (1.1; 3.1; 12.1) gekuppelt sind und dass das Getriebe einen Drehmomentverteiler (8, 9, 10), an die anderen Drehglieder (1.1; 3.1; 12.1) gekuppelt für Übertragen von Drehmoment zwischen den Zahnradsätzen und dem anderen Drehglied, beinhaltet.
Getriebe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentverteiler (8, 9, 10) ein Differentialgetriebe umfasst, wobei das Differentialgetriebe ein Paar Kegelräder (8, 10), einen Käfig (9) und ein Ritzel (9.1), drehbar an den Käfig gekuppelt und eingreifend in die Kegelräder, beinhaltet.
Getriebe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (9) an eines der Übersetzungszahnrädersätze (3,4; 11, 12) gekuppelt ist, wobei ein erstes der Kegelräder (8,9) an die anderen Übersetzungszahnrädersätze (11, 12; 3,4) gekuppelt ist und wobei ein zweites der Kegelräder (10) an das eine der Drehglieder (1.1; 3.1; 12.1) gekuppelt ist.
Getriebe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes der Kegelräder (8; 10) an eines der Übersetzungszahnradsätze (3,4; 11, 12) gekuppelt ist, wobei ein zweites der Kegelräder (10; 8) an die anderen Übersetzungszahnradsätze (3,4; 11,12) gekuppelt ist, und wobei der Käfig (9) an das eine Drehglied (1.1; 3.1; 12.1) gekuppelt ist.
Getriebe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentverteiler eine Planetengetriebebaugruppe (77) umfasst.
Getriebe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentverteiler ein koplanares Wendegetriebe (77) umfasst, wobei das koplanare Wendegetriebe ein Ritzel, ein ringförmiges Innenzahnrad, angeordnet um das Ritzel herum und gleichachsig dazu, und eine Käfigbaugruppe umfasst, die ein Ringrad mit einer Innenfläche eingreifend in das Ritzel und mit einer Außenfläche eingreifend in das Innenzahn rad umfasst, wobei die Käfigbaugruppe weiterhin eine exzentrische Führung für das Anordnen des Ringrades koplanar zu und exzentrisch in Bezug auf das Ritzel und das Innenzahnrad umfasst.
Stufenloses Getriebe, umfassend: ein Drehantriebsglied (3.1); ein Drehabtriebsglied (1.1); ein Paar unrunder Antriebsräder (3, 4; 11, 12), gekuppelt an eines der Drehglieder (1.1; 3.1); und eine Vielzahl von stufenlosen Getriebebaugruppen (3, 4; 11, 12; 3a, 4a; 11a, 12a; 3b, 4b; 11b, 12b; 3c, 4c; 11c, 12c), angeordnet um das eine Drehglied und gekuppelt an die unrunden Räder, wobei jede der stufenlosen Getriebebaugruppen umfasst: eine multidirektionale Kupplung (20,21,22), verbunden mit einem der Übersetzungszahnradpaare (3,4, 11, 12); einen Stellantrieb (15, 16, 17), verbunden mit der Kupplung (20, 21, 22) für Kuppeln der Übersetzungszahnradpaare (3, 4 11, 12) an die Drehglieder (3.1, 1.1); einen Phasenwinkelvariator (25–27; 92, 93; 96–99; 801–809), verbunden mit den Übersetzungszahnradpaaren (3, 4, 11, 12) für Verändern einer Drehwinkelverschiebung zwischen den ersten Zahnradpaaren und den zweiten Zahnradpaaren für Verändern des gleichmäßigen Übersetzungsverhältnisses, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (20, 21, 22) die Übersetzungszahnradpaare (3, 4, 11, 12) an die Drehglieder (3.1, 1.1) kuppelt, um gleichförmiges Übersetzungsverhältnis zwischen den Drehgliedern über eine Winkelperiode bereit zu stellen, wobei die Winkelperioden der stufenlosen Übersetzungsgetriebebaugruppe zusammen die Rotationsperiode umfassen; und dass das andere der Drehglieder weiterhin eine Zwischenwelle (13) mit einem Paar unrunder Abtriebsräder (4, 11) eingreifend in die unrunden Antriebsräder (3, 12) umfasst, wobei eines der Antriebsräder (3, 12) und das zugehörige Abtriebsrad (4; 11) ein erstes Übersetzungszahnradpaar umfasst und wobei das andere der Antriebsräder und das zugehörige Abtriebsrad ein zweites Übersetzungszahnradpaar umfasst; wodurch eine gleichmäßige Übersetzung zwischen den Drehgliedern über die Winkelperiode bereit gestellt wird.
Stufenloses Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die multidirektionale Kupplung umfasst: einen Laufring (20) mit einer ersten rohrförmigen Reibungsfläche, ein röhrenförmiges Teil (22) mit einer ersten Lagerfläche, ein röhrenförmiges Gleitstück (21) mit einer zweiten Reibungsfläche für Kuppeln an die erste röhrenförmige Reibungsfläche; eine zweite Lagerfläche gegenüber der zweiten Reibungsfläche, wobei die zweite Lagerfläche gleichachsig zu der ersten Lagerfläche angeordnet ist und zusammen mit der ersten Lagerfläche einen Kanal zwischen denselben definiert; eine Vielzahl von Wälzkörpern (6), angeordnet in dem Kanal anstoßend an die Lagerflächen, wobei der Kanal einen Hohlraum enthält, der mindestens einen der Wälzkörper (6) darin sichert, für Kuppeln des Laufringes (20) an das röhrenförmige Teil (22), wenn sich das röhrenförmige Teil (22) und das Gleitstück (21) relativ zueinander drehen.
Stufenloses Getriebe nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reibungsfläche eine konische Reibungsfläche umfasst, wobei die zweite röhrenförmige Reibungsfläche so geformt ist, dass sie zu der konischen Reibungsfläche passt, und wobei der Nocken einen Schattennocken (15, 16) mit einem Nocken zum Andrücken des Laufringes (20) gegen das Gleitstück (21) über den Winkelteil umfasst.
Stufenloses Getriebe nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reibungsfläche eine konische Reibungsfläche umfasst, wobei die zweite röhrenförmige Reibungsfläche so geformt ist, dass sie zu der konischen Reibungsfläche passt, und wobei der Nocken einen Lagerlaufring und ein Lager mit dem Lagerlaufring in Verbindung stehend umfasst, und wobei der Lagerlaufring einen Laufringteil (20) zum Andrücken des Kupplungslaufringes gegen das Gleitstück (21) über den Winkelteil beinhaltet.
Stufenloses Getriebe nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reibungsfläche eine konische Reibungsfläche umfasst, wobei die zweite rohrförmige Reibungsfläche so geformt ist, dass sie zu der konischen Reibungsfläche passt, und wobei der Nocken (84, 85) ein Zahnrad mit einem sich in axialer Richtung erstreckenden Steigerteil (83) zum Andrücken des Laufringes (20) gegen das Gleitstück (21) über den Winkelteil umfasst.