WO2004031622A1 - Umlaufgetreibe mit sicherheitslaufbahn - Google Patents

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Ulrich Rohs
Christoph DRÄGER
Werner Brandwitte
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Ulrich Rohs
Draeger Christoph
Werner Brandwitte
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    • F16H61/6649Friction gearings characterised by the means for controlling the torque transmitting capability of the gearing

Definitions

  • the invention relates to a transmission with two rotating transmission members, each having at least one running surface for a rotating coupling member, at least one of the running surfaces having at least two raceways for the coupling member with different running radii and adjusting means are provided, via which the coupling member of one of the two raceways and other of the two raceways can be adjusted.
  • Such transmissions are known, for example, from EP 0 878 641 AI and from EP 0 980 993 A2 as conical friction ring transmissions.
  • Comparable arrangements can be found, for example, in US Pat. No. 1,709,346 or US Pat. No. 4,229,985, the latter also disclosing arrangements in which the power transmission between the two rotating transmission members does not take place through a single friction ring but through more complex arrangements.
  • No. 5,575,734 also has cones as revolving gear members, which are, however, coupled to one another via balls.
  • Other devices such as circulating belts or chains can also be used as coupling links.
  • gears can be found with a wide variety of rotating gearing members;
  • Such transmissions are thus not limited to cones as rotating transmission members, as is known for example from DE 38 35 0 52 A2, US 2,205,031 and EP 0 657 663 AI.
  • Cones or a cone comprising a plurality of rings can also be used as a coupling element, as disclosed, for example, in US Pat. No. 5,601,509.
  • these publications show that instead of only two revolving transmission members comprising transmissions, transmissions that have more than two revolving transmission members, which are operatively connected to one or more coupling members, can be provided.
  • gears have in common that at least one running surface of a rotating gearing member has at least two raceways for the corresponding coupling member with different running radii, so that a gear ratio can be varied by changing the running paths.
  • this transmission ratio it is generally possible to vary this transmission ratio almost continuously by adjusting the corresponding coupling link via the respective tread to various, continuously arranged tracks, which obviously does not matter whether the transmission link or coupling link can be adjusted accordingly.
  • the gears have adjustment means which comprise a controllable adjustment device, such as a motor drive. In this way, a desired transmission ratio can then be easily set.
  • the problem here is that under certain circumstances such a control can fail.
  • the invention proposes a transmission with two rotating transmission links, each having at least one running surface for a rotating coupling link, wherein at least one of the running surfaces has at least two running tracks for the coupling link with different running radii and adjustment means are provided, by means of which the coupling link is moved by one of the two raceways can be adjusted to the other of the two raceways and which comprises a controllable adjusting device, the transmission being characterized in that the adjusting means comprise a safety device which, in the event of failure of the controllable adjusting device, moves the coupling element into a safety track.
  • the safety device moves the coupling element, preferably into the safety track, at a defined speed.
  • the safety device comprises a pretension of at least one further assembly of the adjustment means.
  • the prescribed measures ensure that the transmission remains in controlled operating states even in the event of a system failure, especially if the control system fails.
  • Preloading an assembly such as an adjustment bridge, a cage or the like, can ensure that if an adjustment force of the actuatable adjustment device is says, due to the preload, this assembly comes into a desired position, so that the coupling element is adjusted in a suitable manner.
  • the coupling element is moved into a safety track, it is ensured that a vehicle or a drive train having the transmission remains functional and the coupling element does not leave the tread due to the system error.
  • the safety track is preferably selected for a transmission ratio in which a motor can also carry out starting operations.
  • the transmission has, in addition to the rotating transmission members and the coupling member, further transmission members regulating transmission ratios, such as, for example, a first gear, a career with a transmission ratio that allows faster travel can also be selected. Starting operations can then be carried out through this first gear, while the safety track can be used for faster journeys.
  • the coupling member is preferably adjusted into the safety track at a defined speed, since arrangements of this type are possible in which the coupling member can be adjusted over all possible tracks or over the entire running surface within a few revolutions of the corresponding transmission member. With such arrangements, an uncontrolled adjustment under unfavorable operating conditions would take place so quickly that a driving motor would not be able to adapt to the changed operating conditions. This can lead to the immediate standstill of the engine, to its destruction or to the destruction of the transmission, as a result of which, for example, a motor vehicle would suddenly become uncontrollable.
  • a defined adjustment speed ensures that the operating conditions do not change uncontrolled even during a system failure, for example an electronic control, and in particular do not change too quickly, so that an engine can follow this change.
  • a safety track can be defined, for example, by a corresponding stop, which may be provided with a spring.
  • two spring devices can be provided, one of which significantly controls at least the adjustment speed in one adjustment direction and the other at least the adjustment speed in the other adjustment direction, so that the corresponding coupling element can be moved from any operating position into a safety track without a hard stop by the interplay of these two error arrangements can be performed.
  • the safety device can have an adjustable stop or an adjustable and spring-loaded stop which can be displaced via an additional adjusting device. In this way, there is no immediately unchangeable defined safety career. Rather, this can be specified by the additional adjustment device.
  • Figure 1 is a schematic representation of a transmission according to the invention in section along the line I-I in Figure 2;
  • Figure 2 is a plan view of Figure 1;
  • Figure 3 is a schematic representation of another conical friction ring gear in a view similar to Figure 2;
  • FIG 4 is a schematic representation of another transmission according to the invention in a similar representation as Figures 2 and 3;
  • FIG. 5 shows a section through a transmission according to the invention in implementation of the schematic representation of Figure 4;
  • FIG. 6 is a schematic representation of another transmission according to the invention in a similar representation as Figures 2 to 4;
  • Figure 7 is a schematic representation of another transmission according to the invention in a similar representation as Figures 2 to 4 and 6;
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of a further transmission according to the invention in a view similar to that of FIGS. 2 to 4, 6 and 7.
  • the bevel friction ring gear shown in Figures 1 and 2 comprises two bevel friction wheels 3, 4 arranged on parallel axes 1, 2 with a radial distance, which are arranged in opposite directions to each other and have the same cone angle. Between the bevel friction wheels 3, 4 there is arranged a friction ring 5 filling the gap, which surrounds the bevel friction wheel 3 and is held in a cage 6.
  • the cage 6 consists of a frame which is formed by two transverse heads 7, 8 and two parallel axes 9, 10 accommodated therein.
  • These axes 9, 10 are arranged parallel to the axes 1, 2 and at the same time to the generatrix of the friction bevel gears 3, 4 inclined under the cone and carry an adjustment bridge 11 with two mutually facing pins 12, on each of which a guide roller 13 is seated.
  • the guide rollers 13 engage on both sides of the friction ring 5 and give it the necessary axial guidance.
  • the center of the crosshead 7 has a vertical axis of rotation 14 about which the entire cage 6 can be pivoted.
  • the lower crosshead 8 is connected to a cross drive 15, not shown in detail, which engages therein and an adjusting motor 16.
  • the axis of rotation 14 lies in the plane determined by the axes of rotation of the friction bevel gears 3, 4. It can also lie in a plane parallel to this or intersect the first-mentioned plane at an acute angle,
  • the friction drive causes an axial adjustment of the adjustment bridge 11 and thus a change in the transmission ratio of the bevel friction wheels. A very small amount of energy is sufficient for this.
  • a spring 17 is attached to the transverse drive 15, which biases the cage 6.
  • This bias ensures that the cage 6 in the event of a failure of the adjusting motor 16 or a failure of the electronics driving this adjusting motor 16 is pivoted by a defined adjustment angle with respect to the plane determined by the axes of rotation of the friction bevel gears 3, 4. As is well known, this causes the friction ring to move along the conical outer surfaces due to the rotation of the two conical friction wheels 3, 4.
  • the spring 17 is set here in such a way that a predetermined angle and thus a predetermined traveling speed or adjustment speed is ensured, so that the driving motor is not overloaded with regard to the adjustment motor 16 even in the event of a system failure.
  • a run-up slope 18 is also provided on the adjusting bridge 11, which corresponds to a wedge 19 which is fastened to the gear housing via a spring 20.
  • a counterforce is applied via the spring 20 against the force of the spring 17, so that the friction ring is kept in a defined safety path in the event that the adjusting motor 16 or another element of the adjusting device has a breakdown.
  • the springs 17, 20 are selected in this embodiment such that the adjusting motor 16 or the frictional forces of the friction bevel gears 3, 4 can easily overcome them.
  • the transmission shown in FIG. 3 essentially corresponds to the transmission according to FIGS. 1 and 2, so that a detailed explanation can be dispensed with.
  • This transmission also comprises two friction bevel gears, only one of which is depicted as a friction bevel gear 21.
  • a cage 22 is provided in this transmission, which holds an adjusting bridge (not shown) for a friction ring (not shown) and can be pivoted about an axis of rotation 23.
  • the axis of rotation 23 is arranged approximately at the level of the center of the cone of the friction bevel gear 21.
  • This arrangement also has adjustment means which comprise a controllable adjustment device in the form of an adjustment motor or a hydraulic control or a similar drive, and a safety device.
  • the safety device on the one hand has a spring 24 which is fastened to a gear housing 25 and prestresses the cage 22 in such a way that it is adjusted at a slight angle with respect to the axis of the friction bevel gear 21 if the controllable adjusting device for whatever reason is weak. As a result, the cage 22 is thus held under a pretension in normal operating states.
  • this arrangement has a stop 27 which is sprung via a spring 26.
  • the spring 26 builds up a counterforce when the friction ring runs against the stop 27, so that the cage 22 is turned against the force of the spring 24 and the friction ring runs in a defined safety track.
  • the arrangement according to FIG. 4 essentially corresponds to the arrangement according to FIG. 3, but the stop 27 is dispensed with. For this reason, an identical numbering has been chosen in this exemplary embodiment.
  • the cage 22 can serve as a stop on the one hand.
  • a suitable adaptation of the ring surfaces of the friction rings due to the rotary movements of the two friction bevel gears, experiences a torque which tends to rotate the friction ring about an axis which lies in the plane determined by the axes of rotation of the friction bevel gears and perpendicular to the gap between the friction bevel gears is arranged.
  • This torque is evidently caused by the different contact surfaces between the friction ring and the respective friction bevel gear and by the different radii of these contact surfaces and depends in its direction of rotation on the direction of rotation of the friction bevel gears.
  • this moment varies in its strength along the adjustment path.
  • the spring 24 can be selected in such a way that the spring force compensates the torque at a defined speed on a specific track, which is then used as a safety track. Beyond this safety raceway, the torque applied by the friction ring predominates, so that the friction ring moves towards the safety raceway, while on the other hand the spring force of the spring 24 predominates, so that it is also ensured in this regard that the friction ring runs towards the safety raceway.
  • a safety track 28 is shown as an example in FIG.
  • FIG. 5 shows a concrete implementation of the exemplary embodiment shown schematically in FIG. 4. This is a corresponding transmission as it is used for a rear-wheel drive of a vehicle.
  • a fluid coupling or a hydraulic converter 30 In front of an actual bevel friction ring gear 29 there is a fluid coupling or a hydraulic converter 30 and behind the bevel friction ring gear 29 a planetary gear 31.
  • the output shaft 32 also forms the shaft of the driving bevel friction wheel 33, which drives a driven bevel friction wheel 35 via a friction ring 34, on the output shaft thereof 36 a pinion 37 is seated, which meshes with a freely rotatable gear 40 seated on a transmission output shaft 39.
  • the transmission output shaft 39 is aligned with the shaft 32 and is freely rotatably received therein.
  • a pinion 41 connected in one piece to the gear 40 forms the sun gear of the planetary gear 31. This meshes with planet gears 42, which are held in a planet carrier 43, which is able to run around the gear output shaft 39.
  • the planet carrier 53 has a cylindrical projection, which includes a magnet wheel 44, which meshes with the planet gears 42 and is fixedly connected to the transmission output shaft 39 via a longitudinal toothing 45.
  • a multi-plate clutch 46 is also provided, which can connect the gear output shaft 39 to the ring gear 44.
  • a brake 46 is assigned to the Arctic approach of the planet carrier 43. The forward drive is activated by operating the multi-plate clutch switched on. If the brake 46 is actuated, the planet carrier 43 is held and there is a change in direction of the transmission output shaft 39, ie a reverse drive.
  • the driving bevel friction wheel 33 is enclosed by the friction ring 34, which is in frictional engagement with its inner surface with a running surface 15 of the driving bevel friction wheel 33 and with its outer surface with a running surface 51 of the driven bevel friction wheel 35.
  • the two bevel friction wheels 33, 35 can, as shown, have different diameters, which may save a gear ratio in the subsequent output.
  • the two bevel friction wheels 33, 35 can also be hollow, i.e. that it only depends on their lateral surfaces.
  • the friction ring 34 is held in a cage 22 which is arranged at the point 52 so as to be pivotable about the axis of rotation 23.
  • Two parallel axes 53 are held in cage 22, the pitch angle of which is equal to the cone angle of the bevel friction wheels 33, 35.
  • an adjustment bridge 54 is guided, in which the friction ring 34 is slidably mounted.
  • an adjusting spindle 55 mounted on the housing 25 is provided, which is connected to an adjusting motor or magnet (not shown) as a controllable adjusting device and engages the cage 22.
  • the spring 24 is provided,
  • the adjustment bridge does not necessarily have to be designed like a bridge. Rather, any assembly that can be moved parallel to the tapered axes and guides the friction ring can be used in this regard. The same applies to the cage, instead of which any other assembly holding the adjustment bridge can be used.
  • a friction ring 60 encompasses a friction bevel gear 61 and is supported via an adjusting bridge 62 and a cage having two axes 63 and which can be rotated about an axis of rotation 64, as is the case in the above exemplary embodiments.
  • the transmission is essentially the same as that in FIGS. 1 and 2 or 5 shown gearboxes otherwise identical.
  • the transmission according to FIG. 6 does not include a spring-loaded stop.
  • a fixed stop 66 provided on the housing 65 serves to define a safety track.
  • the safety device has means, not shown, which exert a torque about the axis of rotation 64 in the direction of arrow 67 on the cage.
  • This can be, for example, a spring corresponding to the spring 24 of the exemplary embodiment shown in FIG. 3 or a torque caused by the rotation of the friction bevel gears or the friction ring 60.
  • the stop 66 is reached, the torque 6, 7 is counteracted, so that the friction ring 60 is aligned at right angles to the plane formed by the cone axes. If the counter torque exceeds the torque 67, the friction ring 60 leaves this safety track, whereby the counter torque is reduced to zero and the torque 67 which brings the friction ring 60 into its safety track becomes effective again.
  • FIG. 7 essentially corresponds to the arrangement according to FIG. 6, so that accordingly identical reference numerals are also used.
  • the transmission according to FIG. 7 has a stop 69 which can be adjusted via a spindle 68, so that the safety track can be chosen freely.
  • a holder 70 can be provided, as shown in FIG. 8, which follows the displacement of the friction ring 60 in normal operation and is only used for adjustment or positioning of the friction ring 60 in the event of safety.
  • Such a holder 70 can also be used as an additional holding device for normal operation in order to fix the friction ring 60 in a desired position in certain operating states. In this way, a constant gear ratio can be set and maintained in an operationally reliable manner, which can be advantageous, for example, for an overdrive (high speed) or for starting operations.
  • stops whether they are fixed to the housing or displaceable, or such additional adjusting devices or additional holding devices are also advantageous independently of the other features of the present invention.
  • a sensory, in particular electrical, detection of the end positions of the coupling member or of the friction ring can also be provided. As a result, in particular special operating conditions, such as a defect in the transmission, can be detected quickly and reliably.

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Abstract

Bei einem Getriebe mit zwei umlaufenden Getriebegliedern, die jeweils zumindest eine Lauffläche für ein umlaufendes Koppleglied aufweisen, umfassen die Verstellmittel eine Sicherheitseinrichtung, die bei Ausfall einer ansteuerbaren Verstelleinrichtung das Koppelglied in eine Sicherheitslaufbahn verstellt.

Description

UMLAUFGETRIEBE MIT SICHERHEITSLAUFBAHN
Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit zwei umlaufenden Getriebegliedern, die jeweils zumindest eine Lauffläche für ein umlaufendes Koppelglied aufweisen, wobei wenigstens eine der Laufflächen zumindest zwei Laufbahnen für das Koppelglied mit unterschiedlichen Laufradien aufweist und Verstellmittel vorgesehen sind, über welche das Koppelglied von einer der beiden Laufbahnen und anderen der beiden Laufbahnen verstellt werden kann.
Derartige Getriebe sind beispielsweise aus der EP 0 878 641 AI bzw. aus der EP 0 980 993 A2 als Kegelreibringgetriebe bekannt. Vergleichbare Anordnungen finden sich beispielsweise in der US 1,709,346 oder in der US 4,229,985, wobei letztere auch Anordnungen offenbart, bei welchen die Kraftübertragung zwischen den beiden umlaufenden Getriebegliedern nicht durch einen einzigen Reibring sondern durch komplexere Anordnungen erfolgt. Auch die US 5,575,734 weist als umlaufende Getriebeglieder Kegel auf, die jedoch über Kugeln miteinander gekoppelt sind. Als Koppelglieder können auch andere Einrichtungen, wie umlaufende Riemen oder Ketten zur Anwendung kommen. Darüber hinaus finden sich derartige Getriebe mit verschiedensten umlaufenden Getriebegliedern; derartige Getriebe sind somit nicht auf Kegel als umlaufende Getriebeglieder beschränkt, wie dieses beispielsweise aus der DE 38 35 0 52 A2, der US 2,205,031 und der EP 0 657 663 AI bekannt ist. Auch Kegel bzw. ein mehrerer Ringe umfassender Kegel können als Koppelglied benutzt werden, wie beispielsweise die US 5,601 ,509 offenbart. Darüber hinaus zeigen diese Druckschriften, dass an Stelle lediglich zwei umlaufende Getriebeglieder umfassenden Getrieben auch Getriebe, die mehr als zwei umlaufende Getriebeglieder aufweisen, die mit einem oder mehreren Koppelglieder entsprechend wirkverbunden sind, vorgesehen sein können.
All diese Getriebe haben gemein, dass wenigstens eine Lauffläche eines umlaufenden Getriebegliedes zumindest zwei Laufbahnen für das entsprechende Koppelglied mit unterschiedlichen Laufradien aufweist, so dass durch einen Wechsel der Laufbahnen ein Übersetzungsverhältnis variiert werden kann. Insbesondere ist es in der Regel möglich, dieses Übersetzungsverhältnis nahezu kontinuierlich zu variieren, indem das entsprechende Koppelglied über die jeweilige Lauffläche auf verschiedenste, stufenlose nebeneinander angeordnete Laufbahnen verstellt wird, wobei es offensichtlich keine Rolle spielt, ob das Getriebeglied oder Koppelglied entsprechend verstellt werden kann. Für eine entsprechende Verstellung haben die Getriebe Verstellmittel, die eine ansteuerbare VerStelleinrichtung, wie beispielsweise einen motorischen Antrieb, umfassen. Hierdurch lässt sich dann ohne weiteres ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis einstellen. Hierbei besteht jedoch die Problematik, dass unter gewissen Umständen eine derartige Ansteuerung ausfallen kann. Während hierbei mechanische bzw. motorische Probleme eher selten zur erwarten sind, stellen insbesondere Ausfälle der Steuerungselektronik ein ernsthaftes Problem dar. Hierbei kann es insbesondere dazu kommen, dass das Koppelglied bei umlaufenden Getriebegliedern nicht mehr geführt wird und unkontrolliert entlang der Laufflächen wandert, was einerseits zu einer Zerstörung des Getriebes oder zu einer Blockade fuhren kann. In beiden Fällen kann ein Fahrzeug unkontrollierbar werden und beispielsweise ins Schleudern geraten. Darüber hinaus ist ein zerstörtes Getriebe wesentlich kostspieliger als wenn lediglich eine defekte Steuerungselektronik ausgetauscht werden müsste.
Es ist daher Aufgabe vorliegender Erfindung, ein gattungsgemäßes Getriebe bereit zu stellen, welches auch bei einem Ausfall einer ansteuerbaren Versteileinrichtung in gewissen Grenzen funktionstüchtig bleibt und weniger anfällig gegen einen Totalausfall ist.
Als Lösung schlägt die Erfindung ein Getriebe mit zwei umlaufenden Getriebegliedern vor, die jeweils zumindest eine Lauffläche für ein umlaufendes Koppelglied aufweisen, wobei wenigstens eine der Laufflächen zumindest zwei Laufbahnen für das Koppelglied mit unterschiedlichen Laufradien aufweist und Verstellmittel vorgesehen sind, über welche das Koppelglied von einer der beiden Laufbahnen zu der anderen der beiden Laufbahnen verstellt werden kann und welche eine ansteuerbare Versteileinrichtung umfasst, wobei sich das Getriebe dadurch auszeichnet, dass die Verstellmittel eine Sicherheitseinrichtung umfassen, die bei Ausfall der ansteuerbaren VerStelleinrichtung das Koppelglied in eine Sicherheitslaufbahn verstellt.
Kumulativ bzw. alternativ wird vorgeschlagen, dass die Sicherheitseinrichtung mit einer definierten Geschwindigkeit das Koppelglied, vorzugsweise in die Sicherheitslaufbahn, verstellt.
Darüber hinaus wird kumulativ bzw. alternativ vorgeschlagen, dass die Sicherheitseinrichtung eine Vorspannung zumindest einer weiteren Baugruppe der Verstellmittel umfasst.
Durch die vorgeschriebenen Maßnahmen wird gewährleistet, dass das Getriebe auch bei einen Systemausfall, insbesondere bei einem Ausfall der Steuerung, in kontrollierten Betriebszuständen verbleibt. Hierbei kann durch eine Vorspannung einer Baugruppe, wie einer Verstellbrücke, eines Käfigs oder ähnliches, gewährleistet sein, dass, falls eine Verstellkraft der ansteuerbaren Versteileinrichtung ver- sagt, aufgrund der Vorspannung diese Baugruppe in eine gewünschte Position gelangt, so dass das Koppelglied in geeigneter Weise verstellt wird. Insbesondere wenn das Koppelglied in eine Sicherheitslaufbahn verstellt wird, ist gewährleistet, dass ein Fahrzeug bzw. ein das Getriebe aufweisende Antriebsstrang funktionstüchtig verbleibt und das Koppelglied die Lauffläche nicht, durch den Systemfehler bedingt, verlässt. Vorzugsweise ist die Sicherheitslaufbahn für ein Übersetzungsverhältnis gewählt, bei dem ein Motor auch Anfahrvorgänge durchführen kann. Hierdurch ist gewährleistet, dass ein Fahrzeug, wenn auch nur langsam, noch bis zu einem Zielpunkt, wie beispielsweise bis zu einem Parkplatz, bewegt werden kann. Ansonsten würde das Fahrzeug bei einem Zwischenstop nicht mehr anfahren können. Falls jedoch das Getriebe neben den umlaufenden Getriebegliedern und dem Koppelglied weitere, Übersetzungsverhältnisse regelnde Getriebeglieder, wie beispielsweise einen ersten Gang, aufweist, kann als Sicherheitslaufbahn auch eine Laufbahn mit einem schnellere Fahrten erlaubenden Übersetzungsverhältnis gewählt werden. Anfahrvorgänge können dann durch diesen ersten Gang übernommen werden, während die Sicherheitslaufbahn für schnellere Fahrten genutzt werden kann.
Vorzugsweise erfolgt ein Verstellen des Koppelgliedes in die Sicherheitslaufbahn mit einer definierten Geschwindigkeit, da bei derartigen Getriebe Anordnungen möglich sind, bei denen das Koppelglied über sämtliche möglichen Laufbahnen bzw. über die gesamte Lauffläche innerhalb weniger Umdrehungen des entsprechenden Getriebegliedes verstellt werden kann. Bei derartigen Anordnungen würde eine unkontrollierte Verstellung unter ungünstigen Betriebsbedingungen so schnell von statten gehen, dass ein antreibender Motor nicht in der Lage wäre, sich den geänderten Betriebsbedingungen anzupassen. Dieses kann zum sofortigen Stillstand des Motors, zu dessen Zerstörung bzw. zur Zerstörung des Getriebes führen, wodurch beispielsweise ein Kraftfahrzeug schlagartig unkontrollierbar werden würde. Durch eine definierte Verstellgeschwindigkeit wird gewährleistet, dass sich die Betriebsbedingungen auch während eines Systemausfalls, beispielsweise einer elektronischen Steuerung, nicht unkontrolliert - und insbesondere nicht zu schnell ändern, so dass ein Motor dieser Änderung folgen kann. Eine derartige definierte Verstellgeschwindigkeit kann beispielsweise durch eine geeignete Vorspannung gewährleistet werden. Eine Sicherheitslaufbahn kann beispielsweise durch einen entsprechenden Anschlag definiert sein, der möglicherweise mit einer Feder versehen ist. Ebenso können zwei Federeinrichtungen vorgesehen sein, von denen eine zumindest die Verstellgeschwindigkeit in eine Verstellrichtung und die andere zumindest die Verstellgeschwindigkeit in die andere Verstellrichtung maßgeblich kontrolliert, so dass das entsprechende Koppelglied durch das Wechselspiel dieser beiden Fehleranordnungen ohne eine harten Anschlag aus jeder Betriebsposition in eine Sicherheitslaufbahn geführt werden kann. Statt eines ortsfesten Anschlages bzw. statt eines ortsfesten aber gefederten Anschlages kann die Sicherheitseinrichtung einen verstellbaren Anschlag bzw. einen verstellbaren und gefederten Anschlag aufweisen, der über eine zusätzliche Versteileinrichtung verlagerbar ist. Auf diese Weise ergibt sich keine unmittelbar unveränderlich definierte Sicherheitslaufbahn. Diese kann vielmehr durch die zusätzliche VerStelleinrichtung vorgegeben werden.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand der Beschreibung anliegender Zeichnung erläutert, in welcher beispielhaft erfindungsgemäße Getriebe dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Getriebes im Schnitt entlang der Linie I-I in Figur 2;
Figur 2 eine Draufsicht zu Figur 1 ;
Figur 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Kegelreibringgetriebes in ähnlicher Ansicht wie Figur 2;
Figur 4 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Getriebes in ähnlicher Darstellung wie Figuren 2 und 3 ;
Figur 5 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Getriebe in Umsetzung der schematischen Darstellung von Figur 4;
Figur 6 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Getriebes in ähnlicher Darstellung wie Figuren 2 bis 4;
Figur 7 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Getriebes in ähnlicher Darstellung wie Figuren 2 bis 4 und 6; und
Figur 8 eine schematische Darstellung eines weiteren erfmdungsgemäßen Getriebes in ähnlicher Ansicht wie Figuren 2 bis 4, 6 und 7.
Das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Kegelreibringgetriebe umfasst zwei auf parallelen Achsen 1 , 2 mit radialem Abstand angeordnete Kegelreibräder 3, 4, die zueinander gegensinnig angeordnet sind und gleiche Kegelwinkel haben. Zwischen den Kegelreibrädern 3, 4 ist ein, deren Spalt ausfüllender Reibring 5 angeordnet, der das Kegelreibrad 3 umgibt und in einem Käfig 6 gehalten ist. Der Käfig 6 besteht aus einem Rahmen, der von zwei Querhäuptern 7, 8 und zwei darin aufgenommen, parallelen Achsen 9, 10 gebildet ist. Diese Achsen 9, 10 sind parallel zu den Achsen 1, 2 und zugleich zu den unter dem Kegel winkel geneigten Erzeugenden der Reibkegelräder 3, 4 angeordnet und tragen eine Verstellbrücke 11 mit zwei aufeinander zuweisenden Zapfen 12, auf denen jeweils eine Führungsrolle 13 sitzt. Die Führungsrollen 13 greifen beiderseits des Reibringes 5 an und geben diesem die notwendige axiale Führung.
Die Mitte des Querhauptes 7 weißt eine lotrechte Drehachse 14 auf, um die der gesamte Käfig 6 schwenkbar ist. Zu diesem Zweck ist das untere Querhaupt 8 mit einem darin angreifenden, nicht näher dargestellten Querantrieb 15 und einem Verstellmotor 16 verbunden.
Die Drehachse 14 liegt bei diesem Ausführungsbeispiel und bei den nachfolgenden erläuterten Ausführungsbeispielen in der durch die Drehachsen der Reibkegelräder 3, 4 bestimmten Ebene. Sie kann auch in einer hierzu parallelen Ebene liegen oder die erstgenannte Ebene unter einem spitzen Winkel schneiden,
Wird der Käfig 6 um wenige Winkelgrade verschwenkt, so bewirkt der Reibantrieb eine axiale Verstellung der Verstellbrücke 11 und damit eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses der Kegelreibräder. Hierzu genügt ein sehr geringer Energieaufwand.
In Umsetzung der vorliegenden Erfindung ist an dem Querantrieb 15 eine Feder 17, welche den Käfig 6 mit einer Vorspannung belegt, Durch diese Vorspannung ist gewährleistet, dass bei einem Ausfall des Verstellmotors 16 bzw. bei einem Ausfall der diesen Verstellmotor 16 antreibenden Elektronik der Käfig 6 um einen definierten Verstellwinkel gegenüber der durch die Drehachsen der Reibkegelräder 3, 4 bestimmten Ebene verschwenkt ist. Dieses bedingt, wie hinlänglich bekannt, dass der Reibring entlang der Kegelmantelflächen aufgrund der Rotation der beiden Kegelreibräder 3, 4 wandert.
Die Feder 17 ist hierbei derart eingestellt, dass ein vorgegebener Winkel und damit eine vorgegebene Wandergeschwindigkeit bzw. Verstellgeschwindigkeit gewährleistet ist, sodass der antreibende Motor auch im Falle eines Systems Ausfalls hinsichtlich des Verstellmotors 16 nicht überlastet wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist darüber hinaus an der Verstellbrücke 11 eine Auflaufschräge 18 vorgesehen, die mit einem Keil 19 korrespondiert, der über eine Feder 20 am Getriebegehäuse befestigt ist. Über die Feder 20 wird eine Gegenkraft gegen die Kraft der Feder 17 aufgebracht, so dass der Reibring in einer definierten Sicherheitslaufbahn gehalten wird, falls der Verstellmotor 16 bzw. ein anderes Element der VerStelleinrichtung einen Betriebsausfall hat. Die Federn 17, 20 sind bei diesem Ausführungsbeispiel derart gewählt, dass der Verstellmotor 16 bzw. die Reibkräfte der Reibkegelräder 3, 4 diese ohne weiteres überwinden können.
Das in Figur 3 dargestellte Getriebe entspricht im wesentlichen dem Getriebe nach Figuren 1 und 2, sodass auf eine detaillierte Erläuterung verzichtet werden kann. Auch dieses Getriebe umfasst zwei Reibkegelräder, von denen lediglich eines als Reibkegelrad 21 gestrichen dargestellt ist. Ebenso ist bei diesem Getriebe ein Käfig 22 vorgesehen, der eine Verstellbrücke (nicht dargestellt) für einen Reibring (nicht dargestellt) hält und um eine Drehachse 23 schwenkbar ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Drehachse 23 in etwa auf Höhe der Kegelmitte des Reibkegelrades 21 angeordnet.
Auch diese Anordnung weist Verstellmittel auf, die eine ansteuerbare VerStelleinrichtung in Form eines Verstellmotors bzw. einer hydraulischen Ansteuerung oder eines ähnlichen Antriebes sowie eine Sicherheitseinrichtung umfassen. Hierbei weist die Sicherheitseinrichtung einerseits eine Feder 24 auf, die an einem Getriebegehäuse 25 befestigt ist und den Käfig 22 derart vorspannt, dass dieser in einem leichten Winkel bezüglich der Achse des Reibkegelrades 21 verstellt ist, wenn die ansteuerbare Ver- stelleinrichtung aus welchen Gründen auch immer kraftlos ist. Hierdurch wird somit der Käfig 22 bei normalen Betriebszuständen unter einer Vorspannung gehalten.
In einer Abweichung von den in Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist diese Anordnung einen über eine Feder 26 gefederten Anschlag 27 auf. Die Feder 26 baut eine Gegenkraft auf, wenn der Reibring gegen den Anschlag 27 läuft, so dass der Käfig 22 entgegen der Kraft der Feder 24 angestellt wird und der Reibring in einer definierten Sicherheitslaufbahn läuft.
Die Anordnung nach Figur 4 entspricht im wesentlichen der Anordnung nach Figur 3, wobei jedoch auf den Anschlag 27 verzichtet wird. Aus diesem Grunde ist bei diesem Ausfuhrungsbeispiel auch eine identische Bezifferung gewählt worden.
Je nach konkreter Ausgestaltung dieses Ausfuhrungsbeispieles kann einerseits der Käfig 22 als Anschlag dienen. Andererseits hat sich hersausgestellt, dass durch eine geeignete Anpassung der Ringoberflächen der Reibringe aufgrund der Drehbewegungen der beiden Reibkegelräder ein Drehmoment erfährt, welches dazu neigt, den Reibring um eine Achse zu verdrehen, die in der durch die Drehachsen der Reibkegelräder bestimmten Ebene liegt und senkrecht zu dem Spalt zwischen den Reibkegelräder angeordnet ist. Dieses Drehmoment ist augenscheinlich durch die verschiedenen Kontaktflächen zwischen dem Reibring und dem jeweiligen Reibkegelrad sowie durch die unterschiedlichen Radien dieser Kontaktflächen bedingt und hängt in seiner Drehrichtung von der Drehrichtung der Reibkegelräder ab. Aufgrund dieses Drehmomentes neigt ein ungerührter Reibring dazu, in eine bestimmte Richtung entlang des Spaltes zwischen den beiden Reibkegelrädern zu wandern. Selbiges gilt auch für einen über einen Käfig bzw. eine Verstellbrücke geführten Reibring, solange der Käfig bzw. die Verstellbrücke ausreichend leichtgängig und ansonsten kräftefrei gelagert ist.
Je nach konkreter Ausgestaltung der Oberfläche des Reibringes variiert dieses Moment in seiner Stärke entlang des Verstell weges.
Bei der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform kann die Feder 24 derart gewählt werden, dass die Federkraft das Drehmoment bei einer definierten Drehzahl an einer bestimmten Laufbahn, die dann als Sicherheitslaufbahn genutzt wird, kompensiert. Jenseits dieser Sicherheitslaufbahn überwiegt das vom Reibring aufgebrachte Drehmoment, sodass sich der Reibring auf die Sicherheitslaufbahn zu bewegt, während auf der anderen Seite die Federkraft der Feder 24 überwiegt, sodass auch diesbezüglich sichergestellt ist, dass der Reibring auf die Sicherheitslaufbahn zuläuft. In Figur 4 ist beispielhaft eine Sicherheitslaufbahn 28 dargestellt.
Figur 5 zeigt eine konkrete Umsetzung des in Figur 4 skizzenhaft dargestellten Ausführungsbeispiels. Hierbei handelt es sich um ein entsprechendes Getriebe, wie es für einen Hinterradantrieb eines Fahrzeuges zur Anwendung kommt. Vor einem eigentlichen Kegelreibringgetriebe 29 findet sich eine Flüssigkeitskupplung bzw. ein hydraulischer Wandler 30 und hinter dem Kegelreibringgetriebe 29 ein Planetengetriebe 31. die Abtriebswelle 32 bildet zugleich die Welle des antreibenden Kegelreibrades 33, welches über einen Reibring 34 ein abtreibendes Kegelreibrad 35 antreibt, auf dessen Abtriebswelle 36 ein Ritzel 37 sitzt, dass mit einem frei drehbaren, auf einer Getriebeabtriebswelle 39 sitzenden Zahnrad 40 kämmt. Die Getriebeabtriebswelle 39 fluchtet mit der Welle 32 und ist in dieser frei drehbar aufgenommen.
Ein mit dem Zahnrad 40 einstückig verbundenes Ritzel 41 bildet das Sonnenrad des Planetengetriebes 31. Dieses kämmt mit Planetenzahnrädern 42, die in einem Planetenträger 43 gehalten sind, der um die Getriebeabtriebswelle 39 zu laufen vermag. Der Planetenträger 53 weist einen zylindrischen Ansatz auf, der ein Polrad 44 einschließt, dass mit den Planetenzahnrädern 42 kämmt und mit der Getriebeabtriebswelle 39 über eine Längsverzahnung 45 fest verbunden ist.
Im Planentengetriebe 31 ist ferner eine Lamellenkupplung 46 vorgesehen, welche die Getriebeabtriebswelle 39 mit dem Hohlrad 44 verbinden kann. Schließlich ist dem ändrischen Ansatz des Planetenträgers 43 eine Bremse 46 zugeordnet. Durch Betätigung der Lamellenkupplung wird der Vorwärtsantrieb eingeschaltet. Wird die Bremse 46 betätigt, wird der Planetenträger 43 festgehalten und es ergibt sich eine Richtungsänderung der Getriebeabtriebswelle 39, d.h. ein Rückwärtsantrieb.
Wie unmittelbar aus Figur 5 ersichtlich, ist das antreibende Kegelreibrad 33 von dem Reibring 34 umschlossen, der mit seiner inneren Mantelfläche mit einer Lauffläche 15 des antreibenden Kegelreibrades 33 und mit seiner äußeren Mantelfläche mit einer Lauffläche 51 des abtreibenden Kegelreibrades 35 in Reibeingriff steht.
Die beiden Kegelreibräder 33, 35 können, wie dargestellt, unterschiedliche Durchmesser haben, wodurch gegebenenfalls eine Übersetzungsstufe beim nachfolgenden Abtrieb eingespart werden kann. Aus Gewichtsgründen können die beiden Kegelreibräder 33, 35 auch hohl ausgebildet sein, d.h. dass es lediglich auf ihre Mantelflächen ankommt.
Der Reibring 34 ist in einem Käfig 22 gehalten, der an der Stelle 52 um die Drehachse 23 schwenkbar angeordnet ist. In Käfig 22 sind zwei parallele Achsen 53 gehalten, deren Steigungswinkel gleich dem Kegelwinkel der Kegelreibräder 33, 35 ist. Auf diesen Achsen 53 ist eine Verstellbrücke 54 geführt, in welcher der Reibring 34 gleitend gelagert ist.
Für die Verstellung des Käfigs 22 ist eine am Gehäuse 25 gelagerte Verstellspindel 55 vorgesehen, die mit einem nicht dargestellten Verstellmotor oder Magneten als ansteuerbare VerStelleinrichtung verbunden ist und am Käfig 22 angreift. An dem der Verstellspindel 55 abgewandten Ende des Käfigs 22 ist die Feder 24 vorgesehen,
Es versteht sich, dass die Verstellbrücke nicht unbedingt wie eine Brücke ausgestaltet sein muss. Vielmehr kann diesbezüglich jede parallel zu den Kegelachsen verlagerbare, den Reibring führende Baugruppe genutzt werden. Selbiges gilt für den Käfig, statt dessen auch jede andere, die Verstellbrücke haltende Baugruppe genutzt werden kann.
Wie bereits vorstehend angedeutet, kann auf einen gefederten Anschlag verzichtet werden. Stattdessen kann beispielsweise, wie anhand des Ausführungsbeispiels in Figur 6 dargestellt, ein starrer Anschlag zur Anwendung kommen. Im übrigen entspricht der Aufbau dieses Ausführungsbeispiels im wesentlichen dem Aufbau der vorbeschriebenen Getriebe, sodass diesbezüglich auf eine detailliierte Erläuterung verzichtet wird. Auch bei diesem Getriebe umgreift ein Reibring 60 ein Reibkegelrad 61 und ist über eine Verstellbrücke 62 und einen zwei Achsen 63 aufweisenden Käfig, der um eine Drehachse 64 verdrehbar ist, gelagert, wie dieses bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen der Fall ist. Das Getriebe ist in seiner Wirkungsweise bzw. in seinem Aufbau im wesentlichen mit den in Figuren 1 und 2 bzw. 5 dargestellten Getrieben im übrigen identisch. Anders als bei dem in Figur 3 dargestellten Aus- führungsbeispiel umfasst das Getriebe nach Figur 6 einen gefederten Anschlag nicht, Bei diesem Ausfuhrungsbeispiel dient ein an dem Gehäuse 65 vorgesehener, fester Anschlag 66 zur Definition einer Sicherheitslaufbahn. Hierbei weist die Sicherheitseinrichtung nicht dargestellte Mittel auf, die auf den Käfig ein Drehmoment um die Drehachse 64 in Richtung des Pfeils 67 ausüben. Dieses kann beispielsweise eine der Feder 24 des in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiels entsprechende Feder oder ein durch die Rotation der Reibkegelräder bzw. des Reibringes 60 bedingtes Drehmoment sein. Bei Erreichen des Anschlags 66 wird dem Drehmoment 6, 7 entgegengedückt, sodass sich der Reibring 60 rechtwinklig zu der durch die Kegelachsen gebildeten Ebene ausrichtet. Übersteigt das Gegenmoment das Drehmoment 67 so verlässt der Reibring 60 diese Sicherheitslaufbahn, wodurch das Gegenmoment auf null reduziert und damit das den Reibring 60 in seine Sicherheitslaufbahn bringende Drehmoment 67 wieder wirksam wird.
Die in Figur 7 dargestellte Anordnung entspricht im wesentlichen der Anordnung nach Figur 6, sodass dementsprechend auch identische Bezugszeichen Verwendung finden. Allerdings weist das Getriebe nach Figur 7 einen über eine Spindel 68 verstellbaren Anschlag 69 auf, sodass die Sicherheitslaufbahn frei gewählt werden kann. Statt eines Anschlages 69 kann, wie in Figur 8 dargestellt eine Halterung 70 vorgesehen sein, die im Normalbetrieb freilaufend der Verlagerung des Reibringes 60 folgt und lediglich im Sicherheitsfall für eine Verstellung bzw. Positionierung des Reibringes 60 genutzt wird. Eine derartige Halterung 70 kann auch als zusätzliche Halteeinrichtung für den Normalbetriebsfall genutzt werden, um den Reibring 60 in bestimmten Betriebszuständen in einer gewünschten Position zu fixieren. Auf diese Weise kann ein konstantes Übersetzungsverhältnis betriebsicher eingestellt und gehalten werden, was beispielsweise für einen Overdrive (hohe Geschwindigkeit) bzw. für Anfahrvorgänge von Vorteil sein kann.
Es versteht sich, dass derartige Anschläge, seien sei nun gehäusefest oder verlagerbar, bzw. derartige zusätzliche VerStelleinrichtung bzw. zusätzliche Halteeinrichtungen auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung vorteilhaft sind. Darüber hinaus. kann auch eine sensorische insbesondere elektrische, Erfassung der Endpositionen des Koppelgliedes bzw. des Reibringes vorgesehen sein. Hierdurch können insbesondere Sonderbetriebszustände, wie beispielsweise ein Defekt des Getriebes, schnell und betriebssicher erfasst werden.

Claims

Patentansprüche:
1. Getriebe mit zwei umlaufenden Getriebegliedern, die jeweils zumindest eine Lauffläche (50, 51) für ein umlaufendes Koppelglied aufweisen, wobei wenigstens eine der Laufflächen zumindest zwei Laufbahnen für das Koppelglied mit unterschiedlichen Laufradien aufweist und Verstellmittel vorgesehen sind, über welche das Koppelglied von einer der beiden Laufbahnen zu der anderen beiden Laufbahnen verstellt werden kann und welche eine ansteuerbare Ver- stelleinrichtung (15, 16; 55) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellmittel eine Sicherheitseinrichtung umfassen, die bei Ausfall der ansteuerbaren VerStelleinrichtung das Koppelglied in eine Sicherheitslaufbahn verstellt
2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitseinrichtung mit einer definierten Geschwindigkeit das Koppelglied in die Sicherheitslaufbahn verstellt.
3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitseinrichtung eine Vorspannung zumindest einer weiteren Baugruppe der Verstellmittel umfasst.
4. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitseinrichtung zumindest eine Feder umfasst.
5. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitseinrichtung einen Anschlag zur Festlegung der Sicherheitslaufbahn aufweist.
6. Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag eine Feder aufweist.
7. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitseinrichtung eine zusätzliche Versteileinrichtung umfasst.
8. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine sensorische, insbesondere elektrische, Erfassung der Endposition des Koppelgliedes.
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