JP2009503390A - 無段変速機およびその駆動方法 - Google Patents

無段変速機およびその駆動方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、駆動回転パーツ(2)と、シャーシ(4)ないしハウジング、および被駆動回転パーツ(3)を備えた無段変速機(1)、ならびに該無段変速機の駆動方法に関する。本無段変速機では、駆動回転パーツ(2)またはシャーシ(4)ないしハウジングは、第一のガイドモジュール(5,5’)と連結し、また第二のガイドモジュールも設置されており、該両ガイドモジュール(5,5’;14)は無段変速機(1)またはシャーシ(4)ないしハウジングと連結し、第二のガイドモジュール(14)は、第一のガイドモジュール(5,5’)との位置関係を調整できるようになっており、該両ガイドモジュール(5,5’;14)は、互いに保持し合う(9a〜9d)かまたはガイドし合うか互いに噛み合っている、それぞれ一つの第一カップリングモジュール(7a〜7d)と一つの第二カップリングモジュール(8a〜8d)から成る少なくとも二つのメカニズムによって互いに連結されている。各カップリングメカニズムの各第一のカップリングモジュール(7a〜7d)は、第一のガイドモジュール(5,5’;35)とカップリングしているのに対し、各カップリングメカニズムのもう一方の各カップリングモジュール(8a〜8d)は、ガイドアーム(14)と連結し、各カップリングメカニズムのカップリングモジュール(7a〜7d;8a〜8d)は、それぞれ一つの回転軸(M1,M2,M3,M4;11)に保持されており、さらに各カップリングメカニズムの第一または第二のカップリングモジュール(7a〜7d;8a〜8d)は、フライホイール(16a〜16d)の少なくとも一つの第一の回転接続エレメントと直接連結しているか間接的にカップリングし、該フライホイールの他の接続エレメントは、第二の回転パーツ(18)と直接または間接的に連結し、関係する第一または第二のカップリングモジュール(7a〜7d;8a〜8d)の回転運動が外にずれる角度ωを伝える運動が他の回転パーツ(18)へ周期的に伝達され、フライホイール(16a〜16d)の回転接続エレメントの回転軸は互いに一直線になり、もう一つの回転パーツ(18)と、第一および第二の回転パーツ(2,3;32,33)は、ディフェレンシャルギアモジュール(20)のそれぞれ異なる接続部分(19,23,25)に連結している。
【選択図】 図1

Description

本発明は、無段変速機、および少なくとも一つの第一の回転パーツ、特に一つの駆動シャフト、駆動リングまたは駆動シリンダーと、一つのシャーシまたはハウジングの間の相対的な回転運動を、第二の回転パーツ、特に被駆動シャフト、被駆動リングまたは被駆動シリンダーへ伝達する方法に関する。
回転数およびトルクの変換機は通常変速機と呼ばれている。変速機によって、駆動装置から発せられたトルクと回転数が伝達され、様々なトルクや回転数、またはそれら両者の組合せとなって出現する。
この種の変速機は、段階変速機もしくは無段変速機として形成することができるが、段階変速機では伝達比があらかじめ定めた一つの値になるのに対し、無段変速機の場合には、事前に定めた範囲内でれば変速比を連続的に変更することが可能である。
段階変速機はギア変速機として実現されており、この場合、変速機内に組み込まれている半径が異なるギアを組合せることで事前に定めた伝達比に到達する。確かにこの種の段階変速機は伝達効率が高く(90%以上)、構造的にも簡素化できるため高い効率が得られる反面、ギアを使用するため駆動負荷(トルク)がかかった状態では切替えが不可能である、すなわち負荷がかかった状態では希望する伝達比に変更することができないという短所を抱えている。伝達比を変更するには駆動装置の推力を遮断する必要があり、この遮断はクラッチ装置によって行なわれている。
これに対し無段変速機は、フリクションホイールやCVTとして形成されており、段階変速機とは異なり、推力を遮断することなく伝達比を変更できるという長所を備えている。この種の無段変速機では構造上、駆動装置から駆動装置へのトルクの伝達は、面積が比較的狭い伝達手段によって行なわれる。そのため、伝動メカニズム内にある、プーリーやベルトなどの伝達手段が接触面で空回りする、すなわちスリップを起こす傾向がある。そのため、従来の無段変速機では、極限られたトルクしか伝達できず、したがって伝達効率も50%以下という情況であった。さらには、力を伝える伝達コンポーネントの磨耗が増大し、結果的にメンテナンス費用の増加にも繋がっていた。
DE10234463A1でも駆動シャフト付きの無段変速機が公開されており、この場合の変速機には、駆動シャフトと直接または間接的に連結した少なくとも二つのロングホールを備えたロングホールディスクが装備されている。また、該ロングホールディスクのロングホール内に通され保持されているアームが少なくとも二本、および該アームとは軸を異にして取り付けられている楕円ディスクも、少なくとも二つ設置されている。該楕円ディスクが通りかつ少なくとも一つのフライホイールを備えている少なくとも一つのシャフトにも、同様に少なくとも一つのフライホイールハウジングが取り付けられており、またその場合、該フライホイールハウジングは、少なくとも一つのフライホイールと噛み合い、かつ駆動シャフトと直接または間接的に連結している。確かにこの変速機では、出力側の回転数を無段階で変更することは可能である。しかし、この実施例の場合には、ボルトの離心している端部が、該ボルトと連動するスリットディスクで保持されておらず、そのために軸方向にスライドするという欠点を抱えていた。回転するボルトのガイドでは、離心しているアンカーと、該離心アンカーと向い合わせの位置に移動できる出力シャフトの軸間の距離を完全に定めることができず、むしろその距離は該変速機の他のエレメントによって変動し、さらにこのガイドの接触面ないし伝達面が非常に狭く、伝えられるトルクは極めて小さくなっている。個々のボルトと離心した位置に移動できる出力シャフト間の距離が常に一定であることが、こうした短所の原因となっていた。
同様の問題は、DE3605211A1の装置でも現れている。この装置は、完全に負荷がかかっている状態でも回転数を無段階に変更できる変速機になっており、インナースレッドを備えたリングギアが被駆動シャフトと堅固に連結している。このリングギア内では、同じシャフトにスプリングが取り付けられており、該スプリングの外側の端部には、スナッパーすなわち外側へ突出し回転する、程度の差はあるが鋭角的なエッジを有する突起部が設けられ、この突起部が該インナースレッドと噛み合うようになっている。また、該スプリングの空いている反対側の端部には、アームが取り付けられており、このアームの他端は、駆動シャフトと堅固に連結したディスクで保持されている。該駆動シャフトは、ニュートラルのポジションに入っている場合、被駆動シャフトと一直線になる。該スナッパーは鋸歯状のインナースレッドと噛み合い、共に該インナースレッドを駆動する。駆動シャフトおよび被駆動シャフトは同じ回転数で回転する。駆動シャフトの軸が被駆動シャフトの軸から離心している場合、回転数が同じでもスプリングの回転数が異なってくるため、それぞれ一番速く前方へ動いたスナッパーは噛み合ったまま被駆動シャフトを駆動するが、インナースレッド沿いの他のスナッパーは動かない。駆動シャフトの中心からのスライド量に応じて回転数を変更できるようになっている。その場合、一つのスプリングは、関係するコントローラとジョイントを形成し、互いに向き合う駆動シャフトと被駆動シャフトが回転すると、該ジョイントの曲げの拡大と縮小(伸び)が周期的に繰り返される。回転運動は、回転運動と曲げないし伸びの運動が重なるため、その時々で最大の角速度を有するリンクで発生する。このため、これらのリンクはジョイントのほかにも高精度のスナッパーで保持する必要があり、アームやスプリングには高い安定性が求められる。そのため、これらのリンクにはどうしても外部から力が加わり、エネルギー伝達メカニズムの構成要素になってしまうため、メカニズムが極めて複雑になり、故障も多発し易くなっている。スプリングないしコントローラに極わずかな歪みが生じるだけでも、スナッパーの精度は低下し、正常に作動しない可能性がある。また上記二種類の変速機の場合、シンクロする回転数に加えて駆動軸で実現できる最大回転数が、駆動装置の回転数の何分の一程度に過ぎないため、調整できる回転数の範囲も比較的に狭くなっている。
本発明は、従来の技術が抱えていた上記のような欠点から出発し、負荷がかかった状態でも極めて広い範囲で変更できる無段変速機を創出することを課題としている。またその場合、技術的なコストを最小限に抑えることで製造コストを経済性に見合うレベルに維持し、同時に、機能面の信頼性を最大限まで高め故障の発生率を抑えることも課題としている。
本発明では、この課題を主請求項の無段変速機によって解決している。
この場合、本発明は、少なくとも各一つの第一および第二のカップリングモジュールが、カップリングメカニズムを構成する構造からスタートしており、その場合、第一のカップリングモジュールは、その回転軸に関して一定の離心率を有する第一のガイドモジュールないし駆動モジュールとカップリングし、また第二のカップリングモジュールは第二のガイドモジュールにベアリング保持されているか、ジョイント結合されている。そのため変速機内部のあらゆる運動が、容易にコントロールできる回転運動に還元されている。このような容易にコントロール可能な回転運動に還元できるのは、カップリングメカニズム毎に二つのカップリングモジュールを使用し、しかもこれらのカップリングモジュールが相対的に動き、かつその相対運動により、両ガイドパーツにおけるカップリングメカニズムの連結点間の距離を、リンクの回転角度を変更するなどの構造を変えることによって様々に変更きるようにすることで実現している。ただし、個々のカップリングメカニズム同士は直接連結することはなく、リンクの範囲内でも、軸がずれたままの状態で、共に回転する回転パーツに直接カップリングさせるような方法も採られていない。
本発明では、各カップリングメカニズムの第一および第二のカップリングモジュールは、少なくとも一つのフライホイールと直接または間接的に連結しているか、もしくは直接または間接的にカップリングし、またその場合、少なくとも一つのフライホイールの他の連結エレメントが、直接または間接的に第二のシャフトと連結し、しかも関係する第一または第二のカップリングモジュールの回転運動が外にずれる角度を伝える運動が、第二のシャフトまたは第二のシャフトに連結した回転パーツへ周期的に伝達されるようになっている。これらのフライホイールの形状には様々なバリエーションが可能であり、特に、周囲に等間隔で配置された多数のクランプを備えたクランプフライホイールや、周囲に等間隔に配置され半径方向内側および外側へ移動する多数のラチェットを備えたラチェットフライホイール、さらにはスレッドが設けられている第一のディスクと、軸方向に移動できかつ第一のディスクの周囲に沿って等間隔に配置された多数の鋸歯状のスレッドを備えたフライホイールにすることもでき、その場合の具体例として、該スレッド付きフライホイールでは、第二のディスクに回転するよう取り付けられたリングのスレッドの向きを逆にし、ロックされている方向に回転した場合、該逆方向のスレッドは、向き合うスレッドと接触してはまり込み動かなくなるが、フライホイールの回転方向にはスライドできるようにすることも可能である。しかし、フライホイールの構造に関してこうした各種バリエーションが可能であるが、いずれの場合にも共通するのは、回転対称になっている二つのエレメントを有し、この二つの回転対称エレメントが、一直線になっている各回転軸を軸として回転するものの、一方の方向には回転しない構造になっている点である。
得られたすべてのカップリングメカニズムの回転運動は、まとめて一つのディフェレンシャルギアモジュールへ伝えられ、駆動回転数が同じ場合でも、最大出力回転数と最小出力回転数の比が拡大するため、該ディフェレンシャルギアモジュールで駆動回転数またはその一部(特に<1、または>1の場合も)が取り出される。そのためにディフェレンシャルギアモジュールは、駆動シャフトと被駆動シャフトともカップリングしている。このようにフルの駆動回転数から取り出されるため、シンクロ作動している場合でも出力軸は停止した状態になっており、したがって最低出力回転数はゼロのままであり、その結果、設定範囲は限りなく大きくなる。ある好適実施例の場合、ディフェレンシャルギアモジュールは各一つのリングギアを備えた二つのディフェレンシャルギアが組み込まれており、その場合、各ディフェレンシャルギアの互いに向き合う内面にはリングギアが取り付けられており、またその間に設置されているディフェレンシャルブロックには、第一および第二のディフェレンシャルギアと常に噛み合っているギアないしコニカルギアが取り付けられている。第一のディフェレンシャルギアは、フライホイールなどと連結している。ディフェレンシャルブロックは、場合によってはリバースギアボックスを介して、駆動シャフトまたは被駆動シャフトと連結し、もう一方のディフェレンシャルギアは、それぞれ別な接続シャフトと連結している。このような「アキシャル」ディフェレンシャルに換えて、サンギア、インナーリングギア、プラネットギアを備えたプラネットギア変速機に対応する「ラジアル」ディフェレンシャルを使用することもできる。
本発明に係る無段変速機の第一のガイドモジュールないし駆動モジュールは、変速機のシャーシないしハウジングに対して、回転軸を軸として回転するように保持されており、また、第一のシャフトと連結し、かつ第一のガイドモジュールないし駆動モジュールのスレッドと噛み合っているギアなどを通じて、第一のシャフトによって駆動され回転できる点が長所となっている。
本無段変速機のある実施例では、第一のガイドモジュールないし駆動モジュールが、少なくともディスク状の構造になっており、この場合、回転軸は、ディスク状の構造になっている第一のガイドモジュールないし駆動モジュールの基礎面に対してほぼ直角になっている。また、第一のガイドモジュールないし駆動モジュールには、ディスク状の部分が少なくとも二つ設けられており、該二つのディスク状の部分は、互いに平行で、かつ両者間にはあらかじめ定められた間隔が確保されているか、またはどちらか一方の状態になっている。ある好適実施例の場合、第一のガイドモジュールないし駆動モジュールの互いに平行な二つのディスク状の部分は、ねじれが生じないよう堅固に連結されており、またねじれ強度を獲得するため、回転軸と平行に少なくとも一つのスリーブエレメントが設置されている。このスリーブエレメントを取り付ける位置は、上記の実施例とは別に、回転の中心や該ディスク状部分のエッジ部分でもよい。第一のガイドモジュールないし駆動モジュールには多数のカップリングモジュールが接続されているが、その場合、両者の軸は一致しておらず、すなわち、多数のカップリングモジュールはベアリングで保持されているか、または固定されており、以下では、この状態で連結されているポイントを短く連結点と呼ぶことにする。
第二のガイドモジュールには、回転対称のガイド面が設けられており、その場合、該ガイド面は凸面状に湾曲しているか、特にガイド軸のようなシリンダー形あるいは凹面状に湾曲し、とりわけ中空のシリンダー形になっている。この回転軸は、連結しているすべてのカップリングモジュールに共通する一つのニュートラルポイント軸になっており、以下では短くニュートラル軸と呼んでいる。
さらに第二のガイドモジュールも、第一のガイドモジュールないし駆動モジュールの回転軸とは異なり、調整できる構造、とりわけスライドする構造になっている。こうした機能を実現するために特に適しているのが第二のガイドモジュールであり、この第二のガイドモジュールによってニュートラル軸は、第一のガイドモジュールないし駆動モジュールの回転軸と直角な面内でスライドし、ハウジングとの相対的な距離を変更できるようになっているため、該ニュートラル軸と軸の異なる様々な連結点との間の距離をあらかじめ設定できるようになっている。
第二のガイドモジュールは半径方向、特に第一のガイドモジュールないし駆動モジュールの回転軸の半径方向にスライドする構造になっており、また第二のガイドモジュールの方も、変速機のシャーシないしハウジングとの位置関係を調整できる、特にスライドできるようになっている。
一つのカップリングメカニズムを形成する第一および第二のカップリングモジュールは、並列配置やベアリング保持されている場合、あるいは互いに連結されているケースなどがあり、またその場合、第一のガイドモジュールないし駆動モジュールの回転軸と第二のガイドモジュールの回転軸間の距離を変更すると、少なくとも第一または第二のカップリングモジュールが、該カップリングモジュールの回転軸を軸として相対的に運動するようになっている。
特にカップリングメカニズムの第一のカップリングモジュールが第一のガイドモジュールないし駆動モジュールと連結し、しかも第一のカップリングモジュールが、第一のガイドモジュールないし駆動モジュールの少なくとも一つのディスク状部分を、その回転軸から離れた位置で通るようになっている。
各カップリングメカニズムの、第一のガイドモジュールないし駆動モジュールと連結した、第一のカップリングモジュールは、ある特に好適な実施例では、第一のガイドモジュールないし駆動モジュールの少なくとも一つのディスク状部分がトランスミッションモジュールになっており、その場合、該トランスミッションモジュールは、第一のガイドモジュールないし駆動モジュールの回転軸から離れた一つの軸を中心として回転するよう保持されている。
第一のガイドモジュールないし駆動モジュールのディスク状部分には、トランスミッションモジュールを受ける、特にシリンダー状の凹部が設けられている。
さらに、各トランスミッションモジュールには、一つのトランスミッションロッドと、該トランスミッションロッドと堅固に連結した駆動アームを設けるか、あるいは各一つのトランスミッションディスクないしトランスミッションシリンダーを取り付けることも可能である。
第二のガイドモジュールと連結した第二の各カップリングモジュールには、特にその回転対称になっているガイド面に対応する面が設けられている点も長所となっている。
ある特に好適な実施例では、第二のガイドモジュールと連結した第二のカップリングモジュールが駆動アームになっており、またその場合、各カップリングメカニズムの駆動アームは、第一のガイドモジュールの、回転対称になっているガイド面の回転軸を軸に、それぞれ独立して回転するよう保持されている。該駆動アームには、特に該ガイド面、とりわけガイド軸の回転軸に回転できるよう保持するため、それぞれベアリングスリーブが取り付けられている。
該ガイド軸を軸に独立して回転できるよう、該駆動アームには、第二のガイドモジュールのニュートラル軸に設置され、それぞれ該駆動アームから垂直に突出し、かつ断面が異なり互いに噛み合うスリーブがそれぞれ一つ取り付けられている。
第一のインナーガイドモジュールないし駆動モジュールとカップリングした第一のカップリングモジュール、特に各トランスミッションモジュールでは、該トランスミッションモジュールの回転軸から離れた位置に、第二のカップリングモジュール、特に回転軸に対して平行と/または垂直になっている駆動アームとカップリングするための面がそれぞれ設けられている。第一のインナーガイドモジュールないし駆動モジュールとカップリングした第一のカップリングモジュール、特にトランスミッションモジュールの該面は、第二のカップリングモジュール、特に駆動アームとカップリングするための、回転対称の連結面となっている。その場合、回転対称になっている該連結面は凸面状に湾曲し、特に連結軸の状態に対応したシリンダー形になっているか、逆に凹面に湾曲し、特に連結ホールの種類に対応した中空シリンダー状にすることも可能である。
第一のガイドモジュールないし駆動モジュールとカップリングした第一のカップリングモジュール、特にトランスミッションモジュールには、それぞれ少なくとも一つのガイドホールが設けられており、このガイドホールは、円形の開口部やロングホールなどの形状になっており、またこれらのホールに、関係する第二のカップリングモジュールと堅固に連結したピンエレメントが入るようになっている点も長所となっている。
該ガイドホールの中心軸は、第一のガイドモジュールないし駆動モジュール、特にそのディスク状部分の回転軸と平行になっている。
また、回転対称になっている連結面と対応する面が、関係する第二カップリングモジュール、特に駆動アームに設けられている。
トランスミッションモジュールの、ロングホールとして形成されているガイドホールは、少なくとも一つのガイドエレメントを通じて、それぞれ関係する第二のカップリングモジュール、特に駆動アームと連結している。
第一のインナーガイドモジュールないし駆動モジュールとカップリングした第一カップリングモジュール、特にトランスミッションモジュールの面は、ギアまたは摩擦面になっている。
第二のガイドモジュールないし駆動モジュールとカップリングした第一のカップリングモジュール、特にトランスミッションモジュールは、それぞれ関係する第二のカップリングモジュール、特に駆動アームのギアと噛み合う構造になっている。
特に、少なくとも二つカップリングメカニズムを通じて生み出される回転運動は、接続しているフライホイールの反対側でまとめられており、またフライホイールの相対的な位置関係は、回転方向が共通する場合に最速の回転運動が得られるような位置関係になっている。そのためには、フライホイールの被駆動側の端部に特殊な歯形のプラネットギアを配置し、それらのプラネットギアがすべて、スレッドを備えた共通一つのサンギアと噛み合うようにするとよい。
本発明の無段変速機では、上記のカップリングメカニズムのリンクを、他の接続点がガイドモジュールで回転するように保持し、しかもその場合に、第三の側から各リンクに力が加わらないようになっている該二つのカップリングモジュールの交差点および接続点だけで定めることが可能となる。
また、カップリングメカニズムが備えている二つのカップリングモジュールを、上記のような方法でガイドするか、保持またはカップリングすることにより、第一のガイドモジュールないし駆動モジュールの関係する連結点ないし回転軸と、第二のガイドモジュールのニュートラル軸間の間隔は、少なくとも一つのカップリングモジュールを、対応するガイドモジュールにあるそのジョイント軸ないし回転軸を軸として相対的に回すだけで変更でき、その結果、カップリングがはずれ、駆動シャフトに影響を与えることが可能となる点も極めて重要である。
さらに、カップリングメカニズムが有する二つのカップリングモジュール間にあるリンクが、両ガイドモジュールの各センター部分を軸に回転する点も重要である。一つのジョイントから成るリンクの場合、これを実現するには該リンクと、該両カップリングモジュールのそれぞれ別なアンカーポイント、すなわちニュートラル軸と離心している連結点までの距離d1、d2の和が、該両ガイドモジュール間の調整可能な離心率の最大値より常に大きくする、すなわちe<d1+d2にしておくことで実現できる。
本発明の変速機が円状に作動しない、すなわち振動を伴うような作動状態にしないため、各カップリングメカニズムの少なくとも一つのカップリングモジュールをディスク状またはシリンダー状に形成するかカウンターウエイトを取り付ける、あるいはその両方を施すことも可能である。
本発明の無段変速機では、負荷が完全にかかっている状態でも伝達比を容易に変更することが可能である。そのため、本変速機は、特に蒸気機関車、トラック、大型工作機械、風力発電機など負荷の大きい変速機に適している。さらに、下位ないし中程度の負荷レベルに関しては、自動車、オートバイ、自転車、ヒートポンプ用などにも使用できる。
その他の特徴、特性、長所および本発明による影響に関しては、以下に提示した本発明の好適実施例の説明および図面から明らかになる。
無段変速機1は、駆動シャフト2の回転数を変えて被駆動シャフト3に伝達する機能を備えている。この目的のため、特にハウジングを装備した、またはハウジングと連結ないし組合わされたシャーシ4には、回転できるように保持され、特に駆動シャフト2と連結したディスク5で形成されるガイドモジュールないし駆動モジュールが、ディスク5のアウタースレッドと噛み合う第一のギアなどを介して取り付けられている。
駆動ディスク5には、第一および第二の凹部6が設けられており、この場合、該両凹部は、特にシリンダー形に形成され、また無段変速機1の駆動軸AAと平行な軸を回転軸とする円に沿って等間隔になっているか、または直径上の互いに向う両端に配置されている。ある好適実施例では、第一から第四まで4個の凹部6a〜6dが、特にシリンダー形の開口部として設けられており、また該凹部の中心軸M1〜M4は、無段変速機1の駆動軸AAと平行になっており、また特に無段変速機1の駆動軸AA上の中心Mに対してシンメトリーに配置され、同時に駆動ディスク5の回転軸としても機能するようになっている。M1〜M4各中心軸と駆動ディスク5の中心M間の各距離は、特にすべて同じになっているか、または一組づつ同じになっている、もしくは互いにすべて異なっている。該4個の凹部6a〜6dの中心軸M1〜M4は、該駆動軸AAを中心にそれぞれ90度の角度を置いて配置されていることが望ましい。
該凹部6a〜6dの半径r1〜r4は、一組づつ同じか、またはすべて異なっている。この4個の凹部6a〜6dの中には、関係する中心軸M1〜M4を軸として回転するように保持された第一から第四のカップリングモジュール、特にトランスミッションモジュール7a〜7dがそれぞれ一つ設置されており、またこの場合、該トランスミッションモジュールの好適実施例では、トランスミッションロッド、トランスミッションディスク、トランスミッションシリンダーなどとして形成されている。カップリングモジュールないしトランスミッションモジュール7a〜7dはそれぞれ凹部6a〜6dの一つに、中心軸M1〜M4を軸として回転できるよう保持されている。トランスミッションモジュール7a〜7dが該凹部6a〜6d内に保持され回転できるようにするために、ニードルベアリングや同様の効果を発揮するベアリングエレメントを取り付けることも可能である。
また、カップリングモジュールないしトランスミッションモジュール7a〜7dはそれぞれ、駆動アーム8a〜8dなどのさらに別なカップリングモジュールと連結し、かつベアリングで保持され回転またはスライドできるようになっている。各カップリングモジュール7a〜7dは、それぞれさらに別のカップリングモジュール8a〜8dと共に一つのカップリングメカニズムを形成している。
図1の実施例の場合、トランスミッションモジュール7a〜7dはそれぞれ前面が円形のチューブ連結エレメントの形状になったシリンダー形のトランスミッションディスクないしトランスミッションシリンダーとなっている。
例として図3aおよび図3bで提示した駆動アーム8a〜8dをトランスミッションディスク7a〜7bに固定するため、各該駆動アームの前面には、関係する中心軸M1〜M4から距離にしてd1〜d4離れた位置に、すなわち該中心軸から離れた位置に、無段変速機1の作動時にトルクを伝達するピンエレメント10a〜10dを保持するガイドホール9a〜9dが設けられている。
各駆動アーム8a〜8dの一方の端部は、ベアリングのニュートラル軸11に互いに独立して回転できるように保持されている。この場合、ニュートラル軸11には、該駆動軸AAと平行なガイドシャフト12が取り付けられており、さらに該ガイドシャフトには、該ガイドシャフトを軸として回転する駆動アーム8a〜8dが取り付けられている。
この場合、駆動アーム8a〜8dにはそれぞれ一つのニュートラル軸11の方向へ垂直に延びるスリーブ13a〜13dが、特にベアリングエレメントと一体化されて取り付けられており、またこの場合、該ベアリングエレメントは、駆動アーム8a〜8dのスリーブ13a〜13dの直径がそれぞれ異なっているため、該スリーブ13a〜13dは互いに挿入できる構造になっている。
図3aおよび図3bでは、駆動アーム8a〜8dの一つが提示されている。一つの駆動アーム8a〜8dは、第一のアーム11と第二のアーム12を備えている。ある好適実施例では第二のアーム12に、クランク機構によくあるバランス用の錘であるバランサーが取り付けられている。それぞれにバランサーが取り付けられているため駆動アーム8a〜8dは、ニュートラル軸11に対するバランスが保たれ、そのためアーム全体がほぼ振動なく作動できるようになっている。とりわけ無段変速機1が高速で回転する場合には、このように駆動アーム8a〜8dがニュートラル軸11を軸として半径方向シンメトリーにバランスを維持できるようにすることが望ましい。
さらに別な実施例では、各駆動アーム8a〜8dが、互いの内部で噛み合うスリーブ13a〜13dに換え、同一直径のオリフィスとニュートラル軸11となるセンターガイドシャフトを各一つ備えている。
そのためスリーブ13a〜13dないしオリフィスは、ガイドアーム14のガイドスリーブないしガイドシャフト12として形成されているニュートラル軸11でベアリング保持されている。後者は、ハウジングに取り付けられ回転またはスライドし、駆動アーム8a〜8dの共通のニュートラル軸11を固定する機能を有すると同時に、該ニュートラル軸の位置に影響を与える、すなわち該ニュートラル軸の位置を特に回転またはスライドさせて、駆動ディスク5の中心Mないし駆動ディスク5の駆動軸AAによってコントロールできるようになっている。その場合、コントロールは、駆動軸AAに対して直角な面、特に直線ないし円弧に沿って行なわれる。
図からも判るように、トランスミッションモジュール7a〜7dは、互いに平行な二つの駆動ディスク5、5’の間で保持されている。該両駆動ディスク5、5’のカバーは同じ構造になっており、特にセンターのスリーブ15によって互いに連結され回転しないようになっている。同様に第二の駆動ディスク5’にも第一および第二の、または第一から第四4の凹部6a’〜6d’が設けられており、これらの凹部の中ではトランスミッションモジュール7a〜7dがベアリングで保持され回転するようになっている。両駆動ディスク5、5’の間には、連結スリーブ15の長さとほぼ同じ間隔Dが取られているが、駆動アーム8a〜8dのカップリングセンターが軸からずれているため、傾斜モーメントはこの間隔を越えてトランスミッションモジュール7a〜7dへ伝達される。
また、各トランスミッションモジュール7a〜7dにはそれぞれ少なくとも一つのフライホイール16a〜16dが、直接または間接的に連結されている。この場合には、一方向にしか作用しない単純なフライホイールカップリングが適している。しかし、それぞれ一つの作動方向へ切替えられるフライホイールカップリング(ラチェットフライホイールなど)を用いることも可能である。さらには油圧によるフライホイールカップリングおよび/または外部から切替えおよび/またはコントロールできる電磁カップリングなども使用することができる。
トランスミッションモジュール7a〜7d間およびフライホイール16a〜16d間のカップリングを堅固に直接連結する方式にし、各フライホイール16a〜16dのリングが、関係するトランスミッションモジュール7a〜7dと同様、常に同じ速度で回転できるようにすることも可能である。一方、これとは逆に駆動装置でカップリングを行なわせることもでき、その場合、各フライホイール16a〜16dのリングの回転数が、関係するトランスミッションモジュール7a〜7dの回転数と常に比例するようにするか、または特にトランスミッションモジュール7a〜7dの回転数の少なくとも二倍にするなど大幅に高くすることが可能である。このような回転数の変更はトルクの伝達と同時に行なわれるため、ロック状態にあるフライホイールから伝達されるトルクが大きく低減されることから、フライホイールにかかる負荷や形状も大幅に削減することが可能となる。この種のカップリングは、一つまたは複数のプラネットギア変速機などを用いても実現できる。
トランスミッションモジュール7a〜7dの回転運動を解除する場合も、該フライホイール16a〜16dで行なう。フライホイール16a〜16dの先にはプラネットギア17a〜17dが取り付けられている。このプラネットギア17a〜17dはすべて、共通する一つのサンギア18と噛み合っている。
このサンギア18は、ディフェレンシャル変速モジュール20の第一の接続装置、特に第一のディフェレンシャルギア19と相対回転しないようにカップリングないし連結されている。この場合、第一のディフェレンシャルギア19は、駆動ディスク5、5’の駆動軸AAを軸として回転する構造になっている。
駆動シャフト2の回転運動は、リバースギアボックス21とギア22を通じてディフェレンシャル変速モジュール20のもう一つの接続装置、特に第二のディフェレンシャルギア23へ伝達される。このような第二ディフェレンシャルギア23は第一のディフェレンシャルギア19と鏡面対称の構造になっており、また駆動ディスク5、5’の駆動軸AAを軸として回転するようになっている。
該両ディフェレンシャルギア19、23の間には、スレッドが施されたコニカルギア24を有する、円形のホルダーないしディフェレンシャルケージ25が設置されており、またこの場合、該コニカルギア24は常に該両ディフェレンシャルギア19、23と噛み合っている。
軸方向のディフェレンシャルギアでは、互いに反対方向へ回転するディフェレンシャルギア19、23が、軸方向に互いに向き合って設置されているが、こうした軸方向のディフェレンシャルギアとは異なり、プラネットギアの構造にした、いわゆるラジアルディフェレンシャルギアを用いて入力側の回転数をカップリングすることも可能であり、その場合ラジアルディフェレンシャルギアのサンギアは一方のディフェレンシャルギアと、またリングギアはもう一方のディフェレンシャルギアと対応させることが可能である。
本発明の無段変速機1の機能は以下のようになっている。
ガイドアーム14を、そのベアリングブロック26を軸とする方位角の方向などに動かすと、ニュートラル軸11が移動し、駆動ディスク5の中心軸Mおよび駆動アーム8a〜8dのニュートラル軸11が一つの共通する列に並ぶようになる。これが可能なのは、ニュートラル軸11および駆動ディスク5の、ベアリングブロック26の回転軸27からの半径方向の距離が同じになっているからである。
エンジンユニット28によって無段変速機1が駆動すると、駆動ディスク5も回転するが、この駆動ディスクが回転している間も、ニュートラル軸11とトランスミッションモジュール7a〜7dの中心軸M1〜M4間の距離は変わることがなく、そのため、各駆動アーム8a〜8dは、駆動ディスク5の回転速度に対応した一定の速度で駆動軸AAを軸に回転する、すなわち、駆動ディスク5が回転している場合でもトランスミッションモジュール7a〜7dは駆動軸AAとの相対的な位置関係が変わることがなく、また自転することもない。
この場合に関して図2aでは、駆動ディスク5に設けられた凹部6a〜6dの中に、回転するように保持されているトランスミッションモジュール7a〜7dが表示されている。この図の状態では、駆動アーム8a〜8dはすべて、ニュートラル軸11を軸に駆動ディスク5、5’の回転数で回転している。トランスミッションモジュール7a〜7dは、自身の中心軸M1〜M4を軸として回転することはない。したがって、プラネットギア17a〜17dも自転運動することはなく、また該プラネットギアと噛み合っているサンギア18は駆動ディスク5と同調して回転している。
これに対し、駆動シャフト2から駆動ディスク5を介して第一ディフェレンシャルギア19へ伝える伝達比は、駆動シャフト2からリバースギアボックス21を介して第二ディフェレンシャルギア23へ伝える伝達比と同じになっている。こうしたケースは、駆動ディスク5と第二ディフェレンシャルギア23両者の直径が同じになっており、また駆動シャフト2上の、該両ディフェレンシャルギアと噛み合っているギア29、22も同じ大きさで、リバースギアボックス21の伝達比が1の場合に可能となる。
そのため、該両ディフェレンシャルギア19、23は互いに向き合う位置関係にありながら回転数は正確に同じになる。したがってディフェレンシャルケージ25は、コニカルギア24が該両ディフェレンシャルギア19、23と噛み合っているため、回転することはない、すなわち(ほぼ)停止している。
上記のようなポジションでは、ガイドアーム14は自身の基本ポジションにいることになる、すなわち無段変速機1によって実現される伝達比がゼロになる。
ガイドアーム14が基本ポジションに入っている場合、駆動シャフト2から被駆動シャフト3への全体の伝達比は、リバースギアボックス21および/またはギア22および/または29のサイズを変更することで、カップリングを装備した変速機の第1速ないし始動レンジに対応する伝達比に変更することが可能となる。
運転中に伝達比を変更できるよう、ガイドアーム14はベアリングブロック26のベアリング軸27を軸として回転しながらニュートラル軸11の駆動ディスク5の中心軸ないし回転軸Mに対する位置関係をコントロールし、該ニュートラル軸が駆動軸AAの外側に来るようにしている。
その結果、トランスミッションモジュール7a〜7dはパルス状の周期運動を行なうようになり、このパルス状の周期運動がトランスミッションモジュール7a〜7dや該トランスミッションモジュールに関係するフライホイール16a〜16dを通じて、第一ディフェレンシャルギア19に補助的な回転運動を引き起こし、さらにこの第一ディフェレンシャルギアの補助的な回転運動が駆動ディスク5の回転数に加わるか、または該駆動ディスクの回転数を減少させる。第二ディフェレンシャルギア23は駆動されて第一ディフェレンシャルギア19とは逆方向に回転するため、駆動シャフト2およびギア29を介して駆動ディスク5および第一ディフェレンシャルギア19へ伝えられる回転運動はフィルターをかけられて低減し、最終的には、トランスミッションモジュール7a〜7dを経て追加的に作り出された、ガイドアーム14のコントロールに応じて変化する回転運動のみが、ディフェレンシャルケージ25へ到達する。このような「差動回転運動」を被駆動シャフト3へ伝達するため、ディフェレンシャルケージ25は、さらに別なギア30などを介して被駆動シャフト3と直接または間接的に連結されている。そのため、伝達比がゼロにならず、むしろゼロより大きくなる。
ガイドアーム14を移動した場合や、駆動アーム8a〜8dのニュートラル軸11ないし回転軸と、駆動ディスク5の凹部6a〜6dに設けられたトランスミッションモジュール7a〜7dの回転軸、すなわち中心軸M1〜M4との間の距離a、b、c、dを変更すると、駆動ディスク5の回転軌道は、駆動アーム8a〜8dのニュートラル軸11が半径方向にずれるため、駆動アーム8a〜8dおよび該駆動アームと連結したトランスミッションモジュール7a〜7dは、個別に時間をずらして、もしくはシンクロせずに回転するようになる。そのため、各カップリングメカニズムでは、駆動アーム8a〜8dとトランスミッションモジュール7a〜7dとの間で相対的な運動が発生する。
その結果、各駆動アーム8a〜8dは、駆動ディスク5が360度回転する際に特定の角度の範囲で速遅を周期的に繰り返す。この場合、最速状態になった駆動アーム8a〜8dは、該駆動アームと連結しているトランスミッションモジュール7a〜7dおよび該トランスミッションモジュールと関係するフライホイール16a〜16dを共に駆動し、それによって伝達比を確定する。その結果、各二つの駆動アーム8a〜8dが作りだす角度α、β、γ、δが変化する。
図2bで提示した駆動ディスク5には、凹部6a〜6dが設けられており、該駆動アームの中にはトランスミッションモジュール7a〜7dが、駆動軸AAおよび駆動ディスク5の中心軸Mによってコントロールされるニュートラル軸11およびガイドアーム14の近傍に、ベアリングで保持され回転できるようになっている。それぞれ一本の線と破線で略図表示されている駆動アーム8a〜8dは、ガイドアーム14と連結したガイドスリーブ13内でベアリング保持され回転するようになっており、またトランスミッションモジュール7a〜7dとも連結している。
コントロール運動は、反時計回りに回転する駆動ディスク5から出発し、「離心した」状態で設定されているニュートラル軸11により駆動レバー8a〜8dは強制的に周期的な振れ運動を行うようになる。トランスミッションモジュール7a〜7dは駆動ディスク5内に回転できるように保持されているため、中心軸M1〜M4とはあらかじめ設定した距離d1〜d4にあるガイドホール9a〜9dおよびトランスミッションモジュール7a〜7dは、駆動アーム8a〜8dによって角度ω分だけ周期的に外側へ移動する。その場合、各ガイドホール9a〜9dは、凹部6a〜6dの中心もしくは中心軸M1〜M4を中心に、事前に定めた半径d1〜d4の円軌道を描く。駆動アーム8a〜8dとトランスミッションモジュール7a〜7dの間、従ってガイドホール9a〜9dの近傍にある「リンク」の角度が、一方で0度、他方では180度を超えないようにすることで、この周期運動を制限し、したがって作動状態は常に正常に維持されている。
駆動ディスク5、5’の中心軸Mとニュートラル軸11の間に間隔がある場合や該両者がずれている場合、第二駆動アーム8bが第二トランスミッションモジュール7bを迅速にコントロールし、同時に第四駆動アーム8dが、第四トランスミッションモジュール7dの回転運動に、逆方向の大きな作用を与える。第二トランスミッションモジュール7bと連結しているフライホイール16bは、この運動を被駆動シャフト3に、ディフェレンシャルギアモジュール20を介して伝達する。その結果、第二トランスミッションディスク7bの回転速度は、ギア19を通じて駆動ディスク5’に伝えられた回転速度と重なり両速度が加わってプラスに作用するか、一方から引かれてマイナスに作用する。提示した例の場合、このプロセスが時計回りに360度全域で周期的に繰り返される。
フライホイール16a〜16dのインナーリングは、トランスミッションモジュール7a〜7dの一つとそれぞれ連結しており、そのため、各フライホイール16a〜16dがロックされている状態では、トランスミッションモジュール7a〜7dの回転運動は、関係するプラネットギア17を介して、関係するサンギア18へ伝えられる。そのため、駆動ディスク5が360度回転する間に、各トランスミッションモジュール7a〜7dの伝達運動は連続的にサンギア18に伝えられ、しかも、トランスミッションモジュール7a〜7dがその軸M1〜M4を軸とした最速の回転になった場合には常に該サンギアへ伝えられるようになっている。
サンギア18の最小(ないし最大)回転数は、駆動ディスク5、5’(シンクロしている場合)の回転数と同じになり、またサンギア18の最大(ないし最小)回転数は、駆動ディスク5、5’の回転数にトランスミッションモジュール7a〜7dのそのときどきで最速の波動回転の回転数を加えた(または前者から後者を差し引いた)値になる。伝達範囲を極力大きくするため、ディフェレンシャルパーツ20で逆方向に連結することにより、サンギア18のこの回転数から駆動ディスク5、5’の回転数を差し引く。第一および第二のディフェレンシャルギア19、23の回転数を異なる場合には、回転数の差を事前に設定できる「基本回転数」で設定できる。
フライホイール16a〜16dを介して噛み合うことで発生した力の流れは直線的にはならず、むしろ大きく脈動した状態になっている。しかし、この状態も、フライホイール16a〜16dの被駆動シャフトとディフェレンシャル25の入力部間の、特にディフェレンシャルギア19の近傍または前に設置したレベリング装置で平準化でき、出力部である被駆動シャフト3では、大きな脈動がほとんどないほぼ直線的な回転運動が得られる。平準化するには同様の場所にダンパーエレメントやスプリングリザーバなどを設置することも可能であろう。
図6aで提示した第二の実施例では、各トランスミッションモジュールが、シリンダー状の断面を有し、軸AAと平行なトランスミッションロッド7a’〜7d’になっており、また該トランスミッションロッドには、半径方向に突出し、関係する中心軸M1〜M4を軸に回転するように保持された他のトランスミッションアーム7a”〜7d”が取り付けられている。シリンダー状の該トランスミッションロッド7a’〜7d’の半径r1〜r4は、前に提示したトランスミッションディスク7a〜7dになっている構造に比べ大幅に縮小されている。
各トランスミッションアーム7a”〜7d”の一方の端部は、シリンダー状のトランスミッションロッド7a’〜7d’と回転しないように連結されており、また中心軸M1〜M4からd1〜d4の距離離れた位置にガイドホール9a〜9dがそれぞれ設けられている。さらに別な駆動アーム8a〜8dが、もう一方の端部にあるガイドホール9a〜9dに挿入され噛み合う各ピンエレメント9a〜9dを通じて、各トランスミッションアーム7a”〜7d”と回転できるように連結されており、しかもその場合、駆動アーム8a〜8dの一つがそれぞれ、関係する他のトランスミッションアーム7a”〜7d”と共に「リンクアーム」を形成している。
図6bで提示した第三の実施例では、トランスミッションディスクないしトランスミッションシリンダーとなっているトランスミッションモジュール7a〜7dには、少なくとも駆動ディスク5から駆動アーム8a〜8dの方向へ突出した周囲の部分に、各中心軸M1〜M4と同軸のリングギア47が設置されており、またその場合、該リングギアの歯は、シリンダー状のトランスミッションディスク7a〜7dの外表面から直角に突出している。各駆動アーム8a〜8dは、関係するトランスミッションディスク7a〜7dの接点で接触し、またそれぞれトランスミッションディスク8a〜8dの方向に延伸するアーム部分には、ギアの歯48が設けられており、このギアの歯は、少なくとも一部はトランスミッションディスク7a〜7dと同軸で周囲を取り囲んでいるリングギア47と噛み合うようになっている。その結果、各駆動アーム8a〜8dと、該駆動に関係するトランスミッションディスク7a〜7dとの間に作用が伝達されることになる。両カップリングモジュール7a〜7d;8a〜8dのギア47、48間が常に噛み合っているようにするため、各駆動アーム8a〜8dは、関係するトランスミッションモジュール7a〜7dと接触するようにガイドされている。そのために、各駆動アーム8a〜8dはホールド装置が取り付けられており、このホールド装置により、スレッドが設けられた、リングギアの半径がd1〜d4のトランスミッションディスクに確実に作用を伝達できるようになっている。さらに駆動アーム8a〜8dの周囲をフックで取り囲むことも可能であり、その場合該フックは、関係する回転軸M1〜M4を軸に回転するよう、関係するトランスミッションモジュール7a〜7dに保持されている。
トランスミッションモジュール7a〜7dのスレッドは施された円周の半径は、円周角の関数にも成る可能性があり、したがって円形や関係する軸M1〜M4と同軸である必要はなく、正弦曲線状などになっていてもよい。駆動アーム8a〜8dのスレッドが施されたエッジ部分も湾曲させ、様々な伝達機能を実現することも可能である。
図6cで提示したカップリングメカニズムの実施例が、図6bの実施例と大きく異なるのは、ギア48を備えた駆動アーム8a〜8dに換えて、その互いにヒンジ状に連結したセグメント51が関係するトランスミッションモジュール7a〜7dのスレッド47と噛み合うチェーン50が用いられている点である。一方の端部にある最も外側のセグメント51は、ニュートラル軸Mのエリアに固定されているのに対し、もう一方の端部のセグメント51は、プリング52によって引っ張られて張力がかかった状態になっており、またその場合、該スプリングのもう一方の端部53も同様にニュートラル軸11の近く54に固定され、しかも該ニュートラル軸を軸に回転するようになっている。該チェーン50は、スプロケット7のほぼ180度の範囲を取り囲んでいる。スプロケットの中心軸M1〜M4とニュートラル軸11間の距離を変更すると、スプリング52は短縮ないし延伸し、それに伴い該スプロケット7は該チェーン8に沿って回転し、また該スプロケットもその中心軸M1〜M4を軸に波動状に回転し、その回転運動は、接続しているフライホイール16a〜16dを通じて被駆動シャフト3へ周期的に伝達される。
さらに他の実施例では、駆動アーム8a〜8dを、ガイドシャフト12を軸に回転するように保持するため、それぞれさらに別なフライホイールを使用しており、その場合、該フライホイールの方向は特に逆向き、すなわちロックする向きになっている。これらの追加フライホイールで、駆動アーム8a〜8dによって生み出された反対方向の回転運動を受け、同じく変速機の他の機能に利用できるようになっている。例として、上記のような方法で取り出した反対方向の回転運動は正確に反対方向へ回転することから、それを利用して無段変速機1の「緊急ブレーキ機能」を創出することも可能である。
同様の原理は、駆動シャフト32の回転数を変えて被駆動シャフト33へ伝達する、図7a〜7cで提示したさらに別な変速機の実施例31でも実現されている。そのためにシャーシ34、特にハウジングを備えている、またはハウジングと連結ないし組合わされているシャーシに、ガイドモジュールないし駆動モジュール、特に駆動シャフト32とカップリングした中空ドラム35が回転するように保持されている。駆動シャフト32と駆動ドラム35のカップリングは、特にエンドレスチェーン55で行い、場合によっては互いに噛み合ったギアによって行なうことも可能である。
駆動ドラム35は、特にその前面エリアのステイプレート36内に、一つまたは複数のローラーベアリングコネクタ37などによって保持されている。該ステイプレート36は、一つの軸、特に駆動シャフト32または該駆動シャフトと同軸な軸を中心として回転するようシャーシ34に取り付けられている。該ステイプレート36は安定性を高めるため、特に同面積の、互いに平行な二枚のプレート38からできており、またその場合、該二枚のプレートは、特にその周囲の一部分に沿ってブリッジで互いに連結されている。一枚のプレート38は、端部の幅が広くなった縦長の形状になっており、その幅の広くなった部分に駆動ディスク5が保持されているのに対し、幅の狭い方の端部では、ステイプレート36が駆動シャフト32に保持されている。該ステイプレート36の周囲、特に幅の広い部分にはホール39が設けられており、このホールに油圧シリンダーなどを連結し、ステイプレート36をシャーシ34およびハウジングに対して移動できるようになっている。
図示した実施例では二つのカップリングモジュールになっているが、複数のカップリモジュールを用いて、回転運動を調整しながら被駆動シャフト33へ伝達している。各カップリングモジュールは、駆動アーム40a〜40bおよび該駆動アームとジョイント状に連結したトランスミッションアーム41a〜41bを備えたリンク構造から構成されている。その場合、該「リンク」の軸は駆動ドラム35の回転軸と平行になっている。該駆動アーム40a〜40bの自由端部は、駆動ドラム35の内面に、該駆動ドラムの回転軸から離心した状態で接触し、また特に直径上で互いに向き合うかまたは等距離でドラムの円周上に配置されている。トランスミッションアーム41a〜41bの自由端部ニュートラル軸42にまとめられており、そこで同軸上に互いに保持しあうか、出力シャフトである被駆動シャフト33または該出力シャフトと同軸のシャフトに直接通されている。さらに、各トランスミッションアーム41a〜41bの内側の端部は、各一つのフライホイールを介して共通する一つの回転パーツと連結している。これらのフライホイールは、特に被駆動シャフト33の方向で互いに向き合うか前後にずれている。
これらのフライホイールの回転運動は、該フライホイールのインナーリングを介して共通する一つのシャフトに伝えられるか、または該フライホイールが、互いに入れ子状態になっているスリーブないし同種のものによって各一つのトランスミッションアーム41a〜41bと回転しないよう連結されているため、その回転運動は共通する一つのリングギアに伝えられる。重なり合うシャフトないしリングギアは、特に出力シャフトである被駆動シャフト33と同軸になっているが、ディフェレンシャルによって該出力シャフトからは分離されている。駆動軸の回転数は、このディフェレンシャルの第三の接続エレメントに伝わり、またその場合、特に出力シャフトの回転数は、加わったフライホイールの回転数から入力シャフトの回転数を引いた差と等しくなる。
図7aの変速機の場合、両カップリングメカニズムは、軸33を軸としてシンクロして回転し、しかも両者間に相対的な運動は発生しないが、出力側のディフェレンシャルは同じ回転数ではあるが回転方向が逆になる。
図7bの変速機の場合には、駆動ドラム35と被駆動シャフト33の軸が離心しているため、カップリングモジュールは、常に相対運動すなわち膝関節の屈伸時のような相対運動を強いられる。その場合、トランスミッションアーム41a、41bの回転運動が他の回転運動より常に速くなるが、これは、ドラム35は常に一方向に回転するが、他のコンポーネントはその逆方向、すなわち該駆動ドラムと反対方向に回転するからである。速くなる該トランスミッションアームが、そのフライホイールやディフェレンシャルを通じて出力シャフト33をさらに駆動する。そのため、該ディフェレンシャルでドラムの回転運動を取り出す場合にも、設置されている各トランスミッションアーム41a、41bによって加えられた追加の回転数を出力シャフト33で感じることができる。
図7cは、図7aおよび図7bで提示した変速機31のカップリングメカニズムの、さらに別な実施例を示した図である。駆動ドラム35の一部とニュートラル軸42が略図で示されており、このニュートラル軸には、図7aの実施例と同様、トランスミッションアーム41aが保持されている。これに対しトランスミッションアーム41aは、該ニュートラル軸で保持されている駆動アーム40aに換えて、リンク節43を通じて駆動ドラム35と連結している。該リンク節43はその両端部にそれぞれ一つのボールヘッド44を備えているのに対し、トランスミッションアーム41aおよび駆動ドラム35の内面には、該ボールヘッドが収まるソケットジョイント45が設けられ、ボールジョイントの機能を果している。これには多くの長所がある。先ず、ジョイントに比べて遥かに大きな力の伝達が可能であり、また、ボール44を取り囲むソケットジョイントの球面46により、潤滑剤がジョイント45に留まるため、潤滑剤を供給する場合、変速機全体をグリースやその他の潤滑剤で満たす必要がなく、さらには、ボールジョイントになっているため、リンク節43が斜めになっても問題がなく、該ボールジョイントを、駆動ドラム35の共通する円周に沿ってコントロールすることができるため、最終的には変速機35を大幅に小型化することが可能となる。トランスミッションアーム41a、41bが逆方向(駆動方向ではない方向)へ移動した場合でも、リンク節43a、43bとトランスミッションアーム41a、41b、またはリンク節43a、43bと駆動ドラム35間の接触が解消されないよう、各トランスミッションアーム41a、41bは、スプリング56によって駆動ドラム35の円周部分に押し付けられている。この接触を維持するため、一つのホールを設けたホルダープレートやホールエレメントをそれぞれ設けておく方法もあり、その場合、該ホールの直径は、関係するボール44の直径より小さくし、向き合う位置にある接続部分35、41a、41bに固定または取り付けておく。
これまでは、実施例を用いて本発明を説明してきた。当然のことながら、本発明の基礎となる基本コンセプトを維持したうえで、なおかつ多様な変化やバリエーションは可能である。変速機の機能コンポーネントをセンター部分で保持する方法、すなわち駆動ディスク5、5’やディフェレンシャルギアモジュール20を、回転対称になっている駆動軸AAに通し、説明してきたようにハウジングと向き合うように配置し、またカップリングメカニズムは向き合う位置にあるハウジングに固定し、ディフェレンシャルギアは分散配置してリバースギアボックスと連結させる方法のほかに、別な方法として、ディフェレンシャルギアモジュールのギア、またはスレッドが施された駆動ディスク5、5’を軸に、ローラーやギアなどによって変速機のコンポーネントが回転できるように保持する方法も考えられる。
被駆動シャフトの方が、伝達時の基礎となる駆動ディスク/駆動装置の連結コンポーネントより速くなると、もはやトラクションは発生しなくなる。トラクションを必要とする場合は、駆動シャフトと被駆動シャフトを切替える装置がさらに必要となる。この場合には、ブレーキ装置や充電器に充電する発電機を使用する方法もある。
図1は、本発明の変速機の断面図である。 図2aは、図1上の矢印IIの方向に切断した正面図であり、この場合、変速機は、出力部のシャフトが静止する第一の伝達比に設定された状態になっている。 図2bは、図1の変速機と同じ変速機で、出力部のシャフトが回転する、第一の伝達比とは異なる伝達比に設定された状態を、図2aと同様の方法で表示した図である。 図3aは、図2aおよび図2bのIIIaの部分を拡大した詳細図である。 図3bは、図3aの矢印方向であるIIIbの方向から見た側面図である。 図4は、図1のIV部分の詳図で、構造およびガイドアームを備えた個々の駆動アームを回転するよう保持するベアリングを略図で示している。 図5は、図1の線V−Vで切断した断面図である。 図6aは、図3aと同様の詳細図で、カップリングメカニズムが反対側にある例を示した図である。 図6bは、図6aとほぼ同様の詳細図で、カップリングメカニズムが異なる例を示した図である。 図6cは、図6aとほぼ同様の詳細図で、同じくさらに別なカップリングメカニズの例を示した図である。 図7aは、本発明の変速機の別な実施例を、図2aと同様の方法で表示した図である。 図7bは、図7aの変速機を図2bと同様の方法で表示した図である。 図7cは、別のカップリングメカニズム、特に図7a、図7bの変速機に取り付けるカップリングメカニズムを、図6aとほぼ同じ表示方法で示した図である。

Claims (30)

  1. 少なくとも一つの第一駆動パーツ、特に駆動シャフト(2;32)または駆動リングないし駆動シリンダーと、シャーシ(4;34)ないしハウジングとの間の相対的な回転運動を、被駆動シャフト(3;33)または被駆動リングないし被駆動シリンダーなどの少なくとも一つの第二の被駆動回転パーツへ伝達する無段変速機(1;31)であって、
    a)第一の回転パーツ(2;32)またはシャーシ(4;34)ないしハウジングは、直接または間接的に第一のガイドモジュールないし駆動モジュール(5,5’;35)と連結し;
    b)第二のガイドモジュール、特にガイドアーム(14)またはベアリングエレメントが設置され;
    c)第二のガイドモジュール(14)が、第一のガイドモジュールないし駆動モジュール(5,5’;35)との位置関係を調整できるように、両ガイドモジュールないし駆動モジュール(5,5’;14;35)は、無段変速機(1;31)または接続している機械パーツないし設備パーツのシャーシ(4;34)ないしハウジングと連結し、特に前記無段変速機や該無段変速機と接続した機械パーツないし設備パーツに回転ないし旋回するように保持されているか、またはガイドされており;
    d)該両ガイドモジュールないし駆動モジュール(5,5’;14;35)は、互いに保持し合う(9a〜9d)か、またはガイドし合うか互いに噛み合っている、それぞれ一つの第一カップリングモジュール(7a〜7d)と一つの第二カップリングモジュール(8a〜8d)から成る少なくとも二つのメカニズムによって互いに連結されており;
    e)各カップリングメカニズムの各第一のカップリングモジュール(7a〜7d)は、第一のガイドモジュールないし駆動モジュール(5,5’;35)とカップリングし、且つ、その回転軸と平行ではあるが離心している複数の回転軸(M1,M2,M4,M4)の一つを軸として回転するようになっているか、またはその回転軸から離心している複数の固定点の一つに固定されており;
    f)各カップリングメカニズムのそれぞれもう一方のカップリングモジュール(8a〜8d)は、第二のガイドモジュールないしガイドアーム(14)と連結され、該第二のガイドモジュールないしガイドアーム(14)は、残りのカップリングメカニズムの関係するカップリングモジュール(8a〜8d)とは関係なく、接続しているすべてのカップリングモジュール(8a〜8d)の共通軸(11)を軸として回転するように保持されており、該共通軸(11)は、作動中も偏心して回転することはなく;
    g)各カップリングメカニズムの第一および/または第二のカップリングモジュール(7a〜7d;8a〜8d)は、それぞれ一つの回転軸ないし中心軸(M1,M2,M3,M4;3)に保持されており、またその場合、該回転軸ないし中心軸から、関係するもう一つのカップリングモジュール(7a〜7d;8a〜8d)が取り付けられている回転点ないし接点、または噛み合いポイントないし噛み合いエリアとの距離は、あらかじめ設定した半径(d1〜d4)になっており;
    h)関係する第一または第二のカップリングモジュール(7a〜7d;8a〜8d)の回転運動が外にずれる角度ωを伝える運動が他の回転パーツ(18)へ周期的に伝達され、且つ、フライホイール(16a〜16d)の回転接続エレメントの回転軸は互いに一直線になるように、カップリングメカニズムの第一または第二のカップリングモジュール(7a〜7d;8a〜8d)が、フライホイール(16a〜16d)の少なくとも一つの第一の回転接続エレメントと直接連結しているか間接的にカップリングし、該フライホイールの他の接続エレメントが、第二の回転パーツ(18)と直接または間接的に連結しており、
    i)もう一つの回転パーツ(18)と、第一および第二の回転パーツ(2,3;32,33)は、ディフェレンシャルギアモジュール(20)のそれぞれ異なる接続部分(19,23,25)に連結している
    無段変速機。
  2. 第一のインナーガイドパーツ(5,5’;35)は、駆動軸(AA)を軸として、変速機のシャーシないしハウジングに対して相対的に回転できるように保持されていることを特徴とする請求項1の無段変速機。
  3. 第一のインナーガイドパーツ(5,5’;35)は、駆動シャフトまたは被駆動シャフト(2,3;32,33)と回転しないように連結されていることを特徴とする請求項1または2の無段変速機。
  4. 第一のインナーガイドパーツ(5,5’;35)には、その基礎面が駆動軸(AA)とほぼ直角になっているディスク状の部分が少なくとも一つ設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の無段変速機。
  5. 第一のインナーガイドパーツ(5,5’;35)には、互いに平行になっているディスク状の部分が少なくとも一つ設けられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の無段変速機。
  6. 第二のインナーガイドパーツ(11,12,14)は、回転対称になっている凸面状または凹面状のガイド面を備えていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の無段変速機。
  7. 第二のインナーガイドパーツ(11,12,14)は、変速機のシャーシ(4;34)ないしハウジングおよび/または第一のインナーガイドパーツ(5,5’;35)の回転軸(AA)との位置関係を調整できる、特にスライド調整できることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の無段変速機。
  8. 第一のガイドパーツ(5,5’;35)にある関係する回転軸(M1,M2,M3,M4)と、第二のガイドパーツ(11,12,14)にある連結点との間の間隔を変更すると、少なくとも一つのカップリングモジュール(7a〜7d;8a〜8d)が、その連結軸ないし回転軸(M1,M2,M3,M4)を軸として回転するように、一つのカップリングメカニズムが有する二つのカップリングモジュール(7a〜7d;8a〜8d)は、互いにガイドし合うかまたは動けるように互いに連結されている、もしくはその両方の状態になっている(9a〜9d)、ことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の無段変速機。
  9. 第一のインナーガイドパーツ(5,5’)と連結した、各カップリングメカニズムのカップリングモジュール(7a〜7d)は、該ガイドパーツ(5、5’)の少なくとも一つのディスク状部分をその回転軸(AA)から離心した位置で貫通していることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の無段変速機。
  10. 第一のインナーガイドパーツ(5,5’)と連結した、各カップリングメカニズムのカップリングモジュール(7a〜7d)は、トランスミッションモジュール(7a〜7d)として形成されており、該トランスミッションモジュールは、該ガイドパーツ(5,5’)の少なくとも一つのディスク状部分の中で、駆動軸(AA)から離心している自身の回転軸(M1,M2,M3,M4)を軸に回転できるように保持されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の無段変速機。
  11. 第二のガイドパーツ(11,12,14)と連結しているカップリングモジュール(8a〜8d)には、回転対称になっているそのガイド面を補う面が設けられていることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の無段変速機。
  12. 第二のガイドパーツ(11,12,14)と連結しているカップリングモジュール(8a〜8d)は、アームの形状になっていることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の無段変速機。
  13. 各カップリングメカニズムの各カップリングモジュール(8a〜8d)は、アーム(8a〜8d)の形状になっており、また各カップリングメカニズムの該アーム(8a〜8d)は、第一のガイドパーツ(11,12,14)の回転対称になっているガイド面の回転軸を軸として互いに独立して回転するよう保持されていることを特徴とする請求項12に記載の無段変速機。
  14. 該アーム(8a〜8d)は、該ガイド面、特にガイド軸(12)の回転軸を軸として独立して回転できるようにするため、それぞれガイドブッシュ(13)を備えていることを特徴とする請求項13に記載の無段変速機。
  15. 該アーム(8a〜8d)には、該ガイド面、特にガイド軸(12)の回転軸を軸として独立して回転できるようにするため、ニュートラル軸(11)内にある第二ガイドパーツ(11,12,14)の関係するガイド面の部分にそれぞれ、該アーム(8a〜8d)から垂直に突出し、断面形状が異なり互いに噛み合うガイドブッシュ(13)が取り付けられていることを特徴とする請求項13または14に記載の無段変速機。
  16. 第一のインナーガイドパーツ(5,5’;35)と連結した各カップリングモジュール(7a〜7d)、特にトランスミッションモジュール(7a〜7d)は、その回転軸(M1,M2,M3,M4)から離心した位置に、それぞれもう一方のカップリングモジュール(8a〜8d)、特に該アーム(8a〜8d)と連結するための面を備えており、またその面は、該回転軸(M1,M2,M3,M4)と平行になっていることを特徴とする請求項1〜15のいずれかに記載の無段変速機。
  17. カップリングモジュール(7a〜7d;8a〜8d)に設けられている、それぞれもう一方のカップリングモジュール(7a〜7d;8a〜8d)と連結するための面は、ギア歯または摩擦面になっていることを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の無段変速機。
  18. 一つのカップリングモジュール(7a〜7d;8a〜8d)はチェーン、特にリンクチェーンになっていることを特徴とする請求項1〜17のいずれかに記載の無段変速機。
  19. カップリングモジュール(7a〜7d)は、それぞれ関係するカップリングモジュール(8a〜8d)のギア歯と噛み合う構造になっていることを特徴とする請求項17または18に記載の無段変速機。
  20. カップリングモジュール(7a〜7d)は、それぞれ関係するカップリングモジュール(8a〜8d)のギア歯と噛み合うため、ギアになっていることを特徴とする請求項19に記載の無段変速機。
  21. 各カップリングメカニズムの各カップリングモジュール(7a〜7d;8a〜8d)には、それぞれ一つのフライホイールが取り付けられていることを特徴とする請求項1〜20のいずれかに記載の無段変速機。
  22. 共通する一つのガイドエレメント(11,12,14;5,5’;35)に連結されている、全カップリングメカニズムのカップリングモジュール(7a〜7d;8a〜8d)は、接続しているフライホイール(16a〜16d)と反対側でまとめられていることを特徴とする請求項1〜22のいずれかに記載の無段変速機。
  23. すべてのフライホイール(16a〜16d)の方向に関しては、回転方向が共通する一方向になっている場合に最速の回転運動が得られるようになっていることを特徴とする請求項1〜22のいずれかに記載の無段変速機。
  24. フライホイール(16a〜16d)の向こう側には、スレッドが施されたプラネットギア(17)が取り付けられており、また該プラネットギアは、スレッドが施されているサンギア(18)と噛み合っていることを特徴とする請求項22または23に記載の無段変速機。
  25. 少なくとも一つの回転パーツ、特に駆動シャフト(2;32)または駆動リングないしシリンダーと、シャーシ(4;34)ないしハウジング、および少なくとも一つの第二の回転パーツ、特に被駆動シャフト(3;33)または被駆動リングないしシリンダーを備えた無段変速機(1;31)を駆動する方法であって、
    a)第一の回転パーツ(2;32)またはシャーシ(4;34)ないしハウジングは、第一のガイドモジュールないし駆動モジュール(5,5’;35)と直接または間接的に連結し;
    b)第二のガイドモジュール、特にガイドアーム(14)またはベアリングエレメントが取り付けられており;
    c)第二のガイドモジュール(14)は、第一のガイドモジュールないし駆動モジュール(5,5’;35)との位置関係を調整できるように、該両ガイドモジュールないし駆動モジュール(5,5’;14,35)は、無段変速機(1;31)または接続している機械パーツないし設備パーツのシャーシ(4;34)ないしハウジングと連結し、特に前記無段変速機や該無段変速機に接続した機械パーツないし設備パーツに回転ないし旋回するように保持されているか、またはガイドされており、なっており;
    d)該両ガイドモジュールないし駆動モジュール(5,5’;14;35)は、互いに保持し合う(9a〜9d)か、またはガイドし合うか互いに噛み合っている、各一つの第一カップリングモジュール(7a〜7d)と各一つの第二カップリングモジュール(8a〜8d)から成る少なくとも二つのメカニズムによって互いに連結されており;
    e)各カップリングメカニズムの各第一カップリングモジュール(7a〜7d)は、第一のガイドモジュールないし駆動モジュール(5,5’;35)とカップリングし、且つ、その回転軸と平行ではあるが離心している複数の回転軸(M1,M2,M3,M4)の一つを軸として回転するようになっているか、またはその回転軸から離心している複数の固定点の一つに固定されており;
    f)各カップリングメカニズムのそれぞれもう一方のカップリングモジュール(8a〜8d)が、第二のガイドモジュールないしガイドアーム(14)と連結され、該第二のガイドモジュールないしガイドアーム(14)は、残りのカップリングメカニズムの関係するカップリングモジュール(8a〜8d)とは関係なく、接続しているすべてのカップリングモジュール(8a〜8d)の共通軸(11)を軸として回転するように保持されており、該共通軸(11)は、作動中も偏心して回転することはなく;
    g)各カップリングメカニズムの第一および/または第二のカップリングモジュール(7a〜7d;8a〜8d)は、それぞれ一つの回転軸ないし中心軸(M1,M2,M3,M4;11)に保持されており、該回転軸ないし中心軸から、関係するもう一つのカップリングモジュール(7a〜7d;8a〜8d)が取り付けられている回転点ないし接点、または噛み合いポイントないし噛み合いエリアとの距離は、あらかじめ設定した半径(d1〜d4)になっており;
    h)関係する第一または第二のカップリングモジュール(7a〜7d;8a〜8d)の回転運動が外にずれる角度ωを伝える運動が他の回転パーツ(18)へ周期的に伝達され、且つ、フライホイール(16a〜16d)の回転接続エレメントの回転軸は互いに一直線になるように、カップリングメカニズムの第一または第二のカップリングモジュール(7a〜7d;8a〜8d)が、フライホイール(16a〜16d)の少なくとも一つの第一の回転接続エレメントと直接連結しているか間接的にカップリングし、該フライホイールの他の接続エレメントが、第二の回転パーツ(18)と直接または間接的に連結しており、;
    i)もう一つの回転パーツ(18)と、第一および第二の回転パーツ(2,3;32,33)は、ディフェレンシャルギアモジュール(20)のそれぞれ異なる接続部分(19,23,25)に連結し;
    かつ、ガイドパーツ(11,12,14;5,5’;35)が互いを軸に、または離心している軸を中心に回転している場合に、第一のガイドパーツ(5,5’;35)にある関係する回転軸(M1,M2,M3,M4)と、第二のガイドパーツ(11,12,14)にある連結点との間の間隔を変更すると、少なくとも一つのカップリングモジュール(7a〜7d;8a〜8d)、特にトランスミッションモジュール(7a〜7d)が、その連結軸ないし回転軸(M1,M2,M3,M4)を軸として回転することを特徴とする無段変速機の駆動方法。
  26. カップリングモジュール(7a〜7d;8a〜8d)、特にトランスミッションモジュール(7a〜7d)へ伝えられた回転運動は、それぞれ関係するフライホイール(16a〜16d)を介して被駆動シャフト(3;33)または該被駆動シャフトの前に接続されたディフェレンシャルギアモジュール(20)へ伝えられることを特徴とする請求項25に記載の方法。
  27. 伝達比を変更するために第二のガイドパーツ(11,12,14)、特にニュートラル軸11が基本ポジションから移動し、その結果、駆動アーム(8a〜8d)を介して伝達される回転運動の振幅が変化することを特徴とする請求項25または26に記載の方法。
  28. 無段変速機(1;31)の伝達比は、ニュートラル軸(11)が、駆動ディスク(5,5’)ないし駆動ドラム(35)の駆動軸(AA)から離れる距離応じて変化することを特徴とする請求項25〜27のいずれかに記載の方法。
  29. 基本ポジションにある場合、無段変速機(1;31)の伝達比はゼロになっているか、またはリバースギアボックス(21)によって事前に設定された伝達比になっていることを特徴とする請求項25〜28のいずれかに記載の方法。
  30. ニュートラル軸(11)は基本ポジションにある場合、駆動ディスク(5,5’)ないし駆動ドラム(35)の駆動軸(AA)と一直線になることを特徴とする請求項29に記載の方法。
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