WO2014206397A1

WO2014206397A1 - Reibgetriebe mit stufenloser übersetzungsverstellung

Info

Publication number: WO2014206397A1
Application number: PCT/DE2014/100205
Authority: WO
Inventors: Thomas Kamm; Janek Dreßler
Original assignee: Thomas Kamm
Priority date: 2013-06-24
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2014-12-31
Also published as: DE102013010423A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein verstellbares Reibgetriebe mit stufenloser Übersetzungsverstellung, mit einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle und mit einem Gehäuse, in dem Bauteile, insbesondere Reibkegel und Reibringe vorgesehen sind. Es ist vorgesehen, dass die Reibkraft übertragenden Bauteile, insbesondere Reibkegel (1.4, 1.12, 2.6) und Reibringe (1.5, 1.6, 1.10, 1.11), planetarisch angeordnet sind und dass mittels einer Versteileinrichtung die Reibringe zur Veränderung der Übersetzung verstellbar sind.

Description

Reibgetriebe mit stufenloser Übersetzungsverstellung

Die Erfindung betrifft ein Reibgetriebe mit stufenloser Übersetzungsverstellung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Stand der Technik:

Bereits in den Arbeiten von Leonardo da Vinci wurde das Prinzip des stufenlosen Getriebes beschrieben. Das erste bekannte Seriengetriebe wurde 1958 in DAF-Fahrzeugen eingesetzt. Diese Bauart eines Reibgetriebes wird auch als Riemengetriebe bezeichnet. Eine moderne Variante stellt das Multitronic-Getriebe von Audi dar. Viele auch als Variomatik bezeichnete Getriebe werden in Motorrollern eingesetzt. Eine übliche Bezeichnung von stufenlosen Getrieben ist auch CVT-Getriebe (Continuously Variable Transmission) und in einer

Sonderform auch IVT (Infinite Variable Transmission), bei der es zu einer unendlichen Übersetzung bis zum Stillstand des Abtriebs bei beliebiger Eingangsdrehzahl kommen kann.

Neben den Riemengetrieben, die der Gruppe der Zugmittelgetriebe zugeordnet sind, sowie den Schubgliedergetrieben (Multitronic) gibt es die Gruppe der Wälzkörpergetriebe. Auch diese können in verschiedene Untergruppen eingeteilt werden, z.B. in die Gruppe der Toroidgetriebe, Planetengetriebe bzw. diverse Umlaufgetriebe. Die Firma Toyota hat Getriebe nach dem Toroidprinzip entwickelt, die Firma Fallbrook hat eine Variante des Planetengetriebes mit Wälzkörpern für den Einsatz als Fahrradnabenschaltung entwickelt.

Die DE 28 14 222 A1 betrifft ein Getriebe mit veränderbarer Drehzahl und insbesondere eine verbesserte Drehmomentübertragungsvorrichtung, mit welcher das Ausgangsdrehmoment von einem unbegrenzt veränderbaren Drehmomentwandler mit einem begrenzten Bereich von Drehzahlverhältnissen einem Mehrgangzahnradgetriebe derart zugeführt werden kann, dass im Wesentlichen eine kontinuierlich veränderbare Ausgangsdrehzahl über verschiedene Inkremente der Drehzahlverhältnisse des Zahnradgetriebes für eine gegebene oder im Wesentlichen konstante Eingangsdrehzahl des Drehmomentwandlers erzielt wird.

Die US 3,516,305 A bezieht sich auf einen Drehmomentwandler, der vorbelastete

Planetenrollelemente mit Kugel- oder Rollenelementen verwendet, welche die Kraft, die auf die Eingangswelle ausgeübt wird, übertragen. Eine relative Drehung zwischen den

Funktionselementen und dem Gehäuse führen dazu, dass die Kugeln auf einen höheren Punkt auf Nockenflächen wandern.

Die US 2,209,497 A betrifft ein Getriebe, dessen Übertragungsverhältnis kontinuierlich variiert werden kann. Hierzu kann der wirksame Durchmesser von mindestens einigen kegelförmigen Rädern in einer kontinuierlichen Weise variiert werden.

Ferner offenbart die EP 0 149 892 B1 ein in zwei Betriebsarten arbeitendes, stufenlos verstellbares Transmissionssystem mit stufenlos veränderlichem Übersetzungsverhältnis. Weiterhin hat das Transmissionssystem ein Planetenmischgetriebe. Dadurch können eine Langsambetriebsart und eine Schnellbetriebsart mit unterschiedlichem

Übersetzungsverhältnis eingestellt werden.

Alle Wälzkörpergetriebe haben prinzipbedingte Systemreibung und Verluste, die aufgrund verschiedener Ursachen entstehen. Die wichtigsten Größen zur Bestimmung des

Wirkungsgrades für die Übertragung von Kräften, Momenten und mechanischer Leistung sind Schlupf, Bohrreibung und Lagerreibung. Darüber hinaus hat jede Lösung ihre spezifischen Anforderungen an Bauraum, Komplexität, Gewicht und Herstellkosten für eine Serienfertigung sowie ihre Vor- und Nachteile in den vorgenannten Bereichen.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach aufgebautes Reibgetriebe der eingangs genannten Art mit verbessertem Wirkungsgrad zu schaffen.

Erfindungsgemäße Lösung

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein stufenlos verstellbares Reibgetriebe mit einfachem Aufbau bzw. verbessertem Wirkungsgrad geschaffen. Die Verbesserung des Wirkungsgrades wird im Wesentlichen durch die Möglichkeit einer Minimierung der Bohrreibung erzielt.

Vorteilhafte Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen enthalten.

Bei einer ersten Ausführungsform sind zwei als Planeten-Reib-Stell-Getriebe ausgeführte Wälzkörpergetriebestufen in einem Umlaufgetriebe derart miteinander gekoppelt, dass sich die zur reibschlüssigen Kraftübertragung notwendigen Normalkräfte aneinander abstützen, ohne dabei Lagerreaktionskräfte zu verursachen.

Zweckmäßig sind dabei die Reibkraft übertragenden Bauteile, insbesondere Reibkegel und Reibringe, planetarisch angeordnet und mittels einer Versteileinrichtung sind die Reibringe zur Veränderung der Übersetzung verstellbar.

Insbesondere ist mittels einer Relativverschiebung von Gehäuse zu ein Sonnenrad bildenden Elementen die Übersetzung veränderbar.

Vorteilhaft können sich die zur reibschlüssigen Kraftübertragung notwendigen Normalkräfte aneinander abstützen, ohne dabei Lagerreaktionskräfte zu verursachen.

Auch können beide Reibkegelstufen über das Sonnenrad bildende Elemente, Reibringe und Gehäuse derart miteinander gekoppelt sein, dass die zur reibschlüssigen Kraftübertragung notwendigen Normalkräfte (Anpresskräfte) prinzipbedingt keine Reaktionskräfte

verursachen, welche über Lager aufgenommen werden müssen.

Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Planetenräder (Reibkegel) axial und radial verschiebbar angeordnet sind und ihre Position, und damit das Übersetzungsverhältnis beider Planetenstufen (1 und 2), lediglich durch Verschieben von dem Sonnenrad bildenden Elementen (Koppel) relativ zum Gehäuse vorgegeben ist.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass die Planetenräder über fliegende (nicht gelagerte) Reibringe, die insbesondere als Anpresseinrichtung ausgeführt sein können, derart gekoppelt sind, dass ein ringförmiges Kräftegleichgewicht entsteht, welches eine theoretisch kraftfreie Relativverschiebung des Sonnenrades/Gehäuses und damit die Verstellung des Übersetzungsverhältnisses ermöglicht. Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführung ist ein Kegelringgetriebe als Planetengetriebe derart ausgeführt, dass relevante Bohrreibung lediglich zwischen den Innenseiten der Reibringe und Kegel entsteht. Die zur reibschlüssigen Kraftübertragung notwendigen Normalkräfte bewirken dabei ein in Laufrichtung tangentiales "Anschmiegen" der Wälzkörper. Das bedeutet, dass die durch Normalkräfte verursachte Anpressfläche zwischen Reibringen und Kegel länglich in Drehrichtung gestreckt wird. Dadurch werden die das übertragbare Drehmoment begrenzende Flächenpressung sowie die Bohrreibung wesentlich verringert.

Insbesondere können mindestens zwei Kegel planetarisch mit mindestens einem

konzentrisch liegenden Stützring als Sonnenrad und einem, insbesondere als Hohlrad ausgeführten, verschiebbaren Ring derart angeordnet sein, dass die an dem

Verstellwälzpunkt auftretende Bohrreibung durch ein Abwälzen der Kegel an der Innenseite des umlaufenden Ringes, und damit durch die zur reibschlüssigen Kraftübertragung notwendigen Normalkräfte verursacht, eine in Laufrichtung tangential längliche

Anpressfläche minimiert wird, ohne dass an anderer Stelle relevante Bohrreibung auftritt.

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die zur reibschlüssigen Kraftübertragung an dem Verstellwälzpunkt notwendigen Normalkräfte von den Stützringen aufgenommen werden, dessen Abwälzlinien sich in einem gemeinsamen Schnittpunkt (Wälzpunkt der Stützflächen) mit der Hauptrotationsachse und den Kegelrotationsachsen treffen.

Hierbei kann ein verschiebbarer Ring pro Kegel vorgesehen sein, welche in einem zusätzlichen, insbesondere als Hohlrad ausgeführten Ring (konische Fläche in 2.4) abwälzen.

Bei einer weiteren Ausführung ist ein Kegelringgetriebe als schaltbares Umlauf-Reib-Stell- Getriebe derart mit einem schaltbaren Umlaufgetriebe gekoppelt, dass eine stetig veränderliche Gesamtübersetzung entsteht. Die reibschlüssig über die Wälzkörper

"abgewälzte Leistung" ist dabei kleiner als die übertragene Gesamtleistung. Dadurch wird der Gesamtwirkungsgrad verbessert.

An den Umschaltpunkten ändert sich weder die Gesamtübersetzung noch die Stellung der Wälzkörper relativ zueinander. Insbesondere ist mittels einer abgestimmten Übersetzung und Spreizung der beiden Einzelgetriebe aufeinander sowie der Anordnung von Kupplungen und Freiläufen eine stetig veränderliche Gesamtübersetzung in mehreren Schaltstufen vorgesehen.

Dabei ist es vorteilhaft, dass an den jeweiligen Schaltpunkten der Kupplungen kein

Übersetzungssprung in der Gesamtübersetzung vorhanden ist.

Insbesondere sollten die Reibringe bei dem Schaltvorgang der Kupplungen in die nächste Stufe in ihrer Position nicht verändert und nach dem Schaltvorgang wieder in umgekehrter axialer Richtung bewegt werden für eine stetige Veränderung der Gesamtübersetzung in die angestrebte Richtung.

In zweckmäßiger Weise kann das Getriebe mit Schaltstufen auch derart ausgestattet sein, dass beim Umschalten der Kupplungen die Gesamtübersetzung nicht stetig verändert wird.

Die Erfindung kann aufgrund ihrer Eigenschaften sehr vorteilhaft bei Fahrzeugen, insbesondere Zweirad-Fahrzeugen, aber auch bei Werkzeugmaschinen etc. eingesetzt werden, d.h. bei allen Anwendungen, bei denen leistungsfähige, kompakte und preiswert herstellbare Getriebe benötigt werden.

Detaillierte Beschreibung vorteilhafter Ausführungen bzw. Ausgestaltungen

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Merkmale sind in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform, bei der keine wesentlichen Lagerreaktionskräfte

auftreten und die durch einfache Liniearverschiebung unter Last verstellt werden kann;

Fig. 1a eine Seitenansicht in Richtung "A" von Fig. 1 ;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform, die ein erhöhtes übertragbares Drehmoment bei minimalem Bauraum und optimiertem Wirkungsgrad ermöglicht; Fig. 3 eine dritte, zweistufige Ausführungsform mit einem wesentlich erweiterten

Verstel Ibereich bei stetiger Übersetzungsänderung und

Fig. 4 eine Versteileinrichtung zur weitgehend kraftfreien Übersetzungsverstellung bei drehendem Getriebe mit selbsttätiger Übersetzungsverhältnisangleichung der planetarisch angeordneten Kegel-Ring-Getriebestufen.

Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführung ist die Antriebswelle mit 1.1 bezeichnet.

Weiterhin werden für die Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels folgende

Vereinbarungen getroffen: Die Teile Verstellschieber 1.9 mit Reibringen 1.5, 1.6, 1.10, 1.1 1 und Kugeln 1.7 und 1.8 werden nachfolgend mit Sonnenrad bezeichnet. Die Teile zur ersten Planetenstufe, (Antriebs-)Welle 1.1 , Planetenträger 1.2, Planetenachsen 1.3 und

Reibkegelstufe 1.4 werden nachfolgend mit Planetenstufe 1 bezeichnet. Demnach sind die Teile (Abtriebs-) Welle 1.15, Planetenträger 1.14, Planetenachsen 1.13 und Reibkegel 1.12 nachfolgend mit Planetenstufe 2 bezeichnet und gehören zu dieser.

Die Antriebswelle 1.1 treibt über den Planetenträger 1.2 und die Planetenachsen 1.3 die Reibkegel 1.4 der ersten Reibstufe an. Diese Reibkegel 1.4 wälzen auf dem ein Gehäuse bildenden Hohlrad 1.16, den Reibringen 1.5, 1.6 und 1.17 ab. Das Gehäuse bzw. Hohlrad 1.16 bildet hierzu radiale Vorsprünge 1.16.1 bzw. 1.16.2, welche mit einer gekrümmten Fläche an der Oberfläche der Reibkegel anliegen. Die Planetenachsen 1.3 sind hierbei radial beweglich in entsprechenden Ausnehmungen 1.2.1 des Planetenträgers 1.2 geführt.

Entsprechende Führungsausnehmungen im Planetenträger sind auf der anderen

(Abtriebs-)Seite vorgesehen (in der Zeichnung Fig. 1 a ist eine Seitenansicht hiervon dargestellt). Das Gehäuse bzw. Hohlrad 1.16 ist im vorliegenden Fall mit einer

Drehmomentstütze am Einbauort befestigt. Der Abtrieb erfolgt über die Reibringe 1.10 und

1.11 auf die zweite Reibkegelstufe 1.12, die über den zweiten Planetenträger 1.14 die Leistung auf die Welle 1.15 übertragen. Dieser Getriebeverbund bildet ein Gleichgewicht der zur reibschlüssigen Kraftübertragung notwendigen Normalkräfte, ohne dabei

Lagerreaktionskräfte zu verursachen. Durch das Verschieben des Verstellschiebers 1.9 in eine Richtung (rechts oder links) ändern sich die Abrolldurchmesser der Reibkegel 1.4 und

1.12 auf den jeweiligen Reibpartnern, wodurch die Übersetzung verändert werden kann.

Die Verstellung des Getriebes ist nachfolgend an einer Beispielrichtung rechts erläutert: Über eine geeignete Versteileinrichtung wird der Verstellschieber 1.9 nach rechts

geschoben. Dadurch bewegen sich die Reibkegel der ersten Stufe 1.4 radial nach außen und axial nach rechts. Der Reibring 1.17 weicht nach rechts aus und drückt die Reibkegel der zweiten Stufe 1.12 radial nach innen. Gleichzeitig weichen die beiden Reibringe 1.6 und

1.10 nach links aus. Die mit Kugeln 1.7 und 1.8 versehenen Anpresseinrichtungen dienen zur drehmomentabhängigen Anpressung der Reibpartner, um eine Kraftübertragung durch Reibung zu ermöglichen. Die Funktion der Anpresseinrichtung stellt sich wie folgt dar: Die gesamte Leistung wird über die Kugeln 1.7 und 1.8 übertragen. Die Kugelsitze in den Reibringen 1.5, 1.6 und 1.10 und in dem Verstellschieber 1.9 sind als Kegel ausgeführt. Dadurch entsteht eine drehmomentabhängige Axialkraft, mit der die Reibringe 1.5, 1.6, 1.10,

1.11 gegen die beiden Reibkegelstufen 1.4, 1.12 gedrückt werden. Die beiden

Reibkegelstufen 1.4, 1.12 stützen sich dabei am Hohlrad 1.16 und am Reibring 1.17 ab.

Wie oben beschrieben, kann das Getriebe auch in folgenden anderen Betriebsarten betrieben werden:

Das 2-stufige Planeten-Umlauf-Reib-Stellgetriebe mit lastabhängiger Anpresseinrichtung nach Fig. 1 kann als Zweiwellengetriebe (Welle 1.1 oder Welle 1.15 oder Hohlrad 1.16 festgebremst) - oder Dreiwellengetriebe (Welle 1.1 und Welle 1.15 und Hohlrad 1.16 werden an- oder abgetrieben) eingesetzt werden. Welle 1.1 und 1.15 sowie Hohlrad 1.16 können jeweils als Antrieb oder Abtrieb geschaltet oder festgebremst werden.

Der Kraftfluss im Getriebe ist nachfolgend beispielhaft erläutert, mit dem Antrieb über die Welle 1.1 und das gebremste Hohlrad 1.16:

Welle 1.1—► Planetenträger 1.2—► Planetenachse 1.3—► Reibkegel 1.4—► Reibring 1.5; Reibring 1.6 ->· Kugel 1.7, 1.8 ->· Verstellschieber 1.9; Reibring 1.10; Reibring 1.11 ->· Reibkegel 1.12—»■ Planetenachse 1.13—»- Planetenträger 1.14 -»· Welle 1.15.

Eine andere Bauform ist das in Fig. 2 dargestellte planetarisch angeordnete

Kegelringreibgetriebe mit variabler Übersetzung. Hier werden folgende Definitionen für das Beispiel gewählt:

Der Antrieb erfolgt über Welle 2.1 , der Abtrieb über Welle 2.9 bei festgebremstem

Planetenradträger 2.10. Der Planetenträger weist radial verlaufende Ausnehmungen 2.10.1 auf, in denen die Wellen der Kegel 2.6 geführt sind. Das Drehmoment wird über die Welle 2.1 zur Anpresseinrichtung 2.2 und 2.3 weiter am Hohlrad 2.4 auf die Reibringe 2.5 übertragen. Von den Reibringen geht es über die Kegel 2.6 auf die kraftübertragenden Elemente Kegelrad 2.7 und Tellerrad 2.8. Das Tellerrad 2.8 ist mit der Abtriebswelle 2.9 fest gekoppelt, um das Ausgangsdrehmoment zu übertragen. Das Getriebe kann, wie auch schon bzgl. Fig. 1 beschrieben, in folgenden verschiedenen Betriebsarten betrieben werden: Das Planeten-Umlauf-Reib-Stellgetriebe mit lastabhängiger Anpresseinrichtung kann als Zweiwellengetriebe (Welle 2.1 oder Welle 2.9 oder

Planetenträger 2.10 festgebremst) - oder Dreiwellengetriebe (Welle 2.1 und Welle 2.9 und Planetenträger 2.10 werden an- oder abgetrieben) eingesetzt werden. Welle 2.1 , Welle 2.9 und Planetenträger 2.10 können jeweils als Antrieb oder Abtrieb geschaltet oder

festgebremst werden.

Die lastabhängige Anpresseinrichtung ist bezüglich ihrer Funktion ähnlich der in Fig. 1. Beide Wellen 2.1 und 2.9 sind in einem das Getriebe umschließenden Gehäuse radial und axial gelagert. Das von Welle 2.1 geführte Drehmoment stützt sich über die Kugeln 2.3 am

Hohlrad 2.4 ab. Die Kugelsitze im Anpressring 2.2 und im Hohlrad 2.4 sind als Kegel ausgeführt. Dadurch entsteht eine drehmomentabhängige Axialkraft, die über eine leicht konische Lauffläche im Hohlrad 2.4 die Reibringe 2.5 gegen die Reibkegelstufe 2.6 drückt. Ein besonderes Merkmal dieser Ausführung ist, dass relevante Bohrreibung lediglich zwischen den Innenseiten der Reibringe 2.5 und Kegel 2.6 entsteht. Die Reibkegelstufe 2.6 stützt sich über kegelförmige Laufflächen an Stützwelle 2.13 und Stützring 2.8 ab. Die tangentialen Verlängerungen der Laufflächen der Reibkegel 2.6, der Stützwelle 2.13 und des Stützringes 2.8 schneiden sich mit deren Drehachsen im Wälzpunkt der Stützflächen 2.14, was ein bohrreibungsfreies Abwälzen bewirkt. Die Verstellung der Übersetzungen erfolgt über eine geeignete Versteileinrichtung. Hier werden die Reibringe 2.5 axial verschoben. Dadurch ändert sich der Wälzradius der Reibringe an der Reibkegelstufe 2 und damit das Übersetzungsverhältnis des Getriebes.

Der Kraftfluss im Getriebe nach Fig. 2 ist nachfolgend beispielhaft erläutert mit dem Antrieb über die Welle 2.1 und dem gebremsten Planetenträger 2.10:

Welle 2.1 -»■ Anpressring 2.2 -»■ Kugeln 2.3 -»■ 2.4 -»■ Reibringe 2.5 -»■ Reibkegelstufe 2.6 -»■ Kegelrad 2.7 Tellerrad 2.8 Welle 2.9.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführung ist eine schaltbare Planetenkegelreibring- Getriebeeinheit mit einem schaltbaren Planetengetriebe derart gekoppelt, dass innerhalb der Gesamtspreizung des Getriebes mit Gangwechseln eine stufenlose Übersetzung möglich ist. Das Getriebe besteht im Wesentlichen aus einem planetarischen

Kegelreibringumlaufgetriebe R1 , R2 und Rs, welches z.B. weitgehend dem in Fig. 2 dargestellten entsprechen kann, einem verzahnten Planetenradgetriebe Z1 , Z2 und Zs sowie drei Kupplungen K1 , K2 und K3. Prinzipiell werden die Kupplungen derart geschaltet, dass an den Schaltpunkten keine Übersetzungssprünge wie z.B. bei einem regulären KFZ- Schaltgetriebe vorhanden sind. Dafür müssen die einzelnen Übersetzungen des

Kegelreibringgetriebes und des Planetenzahnradgetriebes derart aufeinander abgestimmt werden, dass an den Schaltpunkten der Schaltstufen (1-6, Tabelle 1) die

Gesamtübersetzung i12 immer gleich ist. Wird ein Reibstellgetriebe als Umlaufgetriebe ausgeführt (Steg als An- oder Abtrieb), so ändern sich die gekennzeichneten Eigenschaften im Vergleich zum Standgetriebe (Steg feststehend). Bei Betrieb als Minus-Getriebe (und Plus-Getriebe mit 0,5 < i12 > 2) ist die Wälzleistung immer kleiner als die Antriebsleistung und die Spreizung kleiner als beim Standgetriebe. Dadurch lässt sich mit einem

Reibstellgetriebe bei Betrieb als Minus-Getriebe (und Plus-Getriebe mit 0,5 < i12 > 2) mehr Leistung bei geringerem Gewicht und besserem Wirkungsgrad, jedoch mit kleinerer Spreizung übertragen. Wird der Antrieb des Reibstellgetriebes bei i12 = -1 mit der Kupplung K1 von R1 auf R2 oder umgekehrt geschaltet, ändert sich am Schaltpunkt die

Umlaufübersetzung nicht. Wird das Reibstellgetriebe von i12 < -1 bis i12 = -1 gestellt, dann mit Kupplung K1 umgeschaltet und wieder an die Anfangsposition zurückgestellt, ist die resultierende Spreizung wieder genauso groß wie beim Betrieb als Standgetriebe. Mit der Kombination des Reibstellgetriebes mit einem Dreigang-Umlaufwechselgetriebe wird die Spreizung des Reibgetriebes mit drei potenziert, ohne an den Schaltpunkten das

Übersetzungsverhältnis zu ändern. Um das zu veranschaulichen, hilft Tabelle 1 :

Gesamtübersetzungsverhältnis M 2 gesamt bei den verschiedenen Schaltstellungen

am Beispiel i12R = -1 ,833 bis -1 und i12Z = -1.2 und Spreizung 6,159

Tabellel : Schaltstufen und Übersetzungen

Ein Schaltvorgang des beschriebenen Getriebes beim Schalten in Richtung kleinerer Gesamtübersetzung i12-gesamt als Beispiel: Der Antrieb An eines als Umlaufgetriebe ausgeführten Reibstellgetriebes wird zwischen den Schaltstufen 1 / 2, 3 / 4 und 5 / 6 mit der Kupplung K1 von der Reibgetriebewelle R1 auf die Reibgetriebewelle R2 geschaltet. Da sich das Reibgetriebe an diesen Schaltpunkten bei einer Standübersetzung i12R = -1 befindet, bewirkt dieser Schaltvorgang keine

Übersetzungsänderung. Jedoch ändert sich die Stellrichtung. In den Schaltstufen 1 , 3 und 5 bewirkt ein Stellen des Reibstellgetriebes von i12R = -1.833 nach i12R = -1 eine

Verkleinerung von i12gesamt. In den Schaltstufen 2, 4 und 6 bewirkt ein Stellen des

Reibstellgetriebes von i12R = -1 nach i12R = -1.833 (also andersherum) auch eine

Verkleinerung von i12gesamt.

Zwischen den Schaltstufen 2 / 3 und 4 / 5 wird der Antrieb An mit der Kupplung K1 von der Reibgetriebewelle R2 auf die Reibgetriebewelle R1 geschaltet. Die dabei entstehende Spreizung beträgt 1.833. Gleichzeitig wird zwischen den Schaltstufen 2 / 3 und 4 /5 ein 3- Gang-Schaltgetriebe vom 1. in den 2. Gang oder vom 2. in den 3. Gang geschaltet. Das Schaltgetriebe hat dabei eine Spreizung von jeweils 1/1.833 = 0.5455. Die

Gesamtübersetzung i12ges ändert sich dabei nicht.

Nachfolgend sind die einzelnen Schaltstufen im Detail beschrieben: Funktionsbeschreibung kombiniertes Umlaufstellgetriebe/Umlaufwechselgetriebe nach Fig. 3 am Beispiel nach Tabelle 1 beim Schalten von i12gesamt = 5.19 bis 0.843:

Schalt-Stufe 1 ; i12gesamt = 5.19 bis 3.66:

Das Reibstellgetriebe wird von i12 R= -1.833 nach i12R = -1 gestellt. Das

Antriebsdrehmoment der Antriebswelle An wird mit Kupplung K1 auf Reibgetriebewelle R1 geschaltet. Die Reibgetriebewelle R2 steht still und stützt sich gegen den Freilauf F1 ab. Der Reibgetriebesteg RS treibt über die Kupplung K2 die Zahnradgetriebewelle Z2 an. Die Kupplung K3 schaltet den Zahnradgetriebesteg ZS auf die Abtriebswelle Ab. Die

Zahnradgetriebewelle Z1 ist immer feststehend.

Schalt-Stufe 2; i12gesamt = 3.66 bis 2.833:

Die Kupplung K1 schaltet die Antriebswelle An auf die Reibgetriebewelle R2, während sich das Reibstellgetriebe bei i12R = -1 befindet. An dieser Position ist M SR = i2SR. Die

Reibgetriebewelle R1 steht still und stützt sich gegen den Freilauf F2 ab. Danach wird das Reibstellgetriebe wieder bis i12R = -1.833 gestellt. Die Kupplungen K2 und K3 werden nicht geschaltet. Schalt-Stufe 3; i12gesamt = 2.833 bis 2:

Die Kupplung K1 schaltet die Antriebswelle An auf die Reibgetriebewelle R1 , während sich das Reibstellgetriebe bei i12R = -1.833 befindet. Gleichzeitig schaltet die Kupplung K3 die Zahnradgetriebewelle Z2 auf die Abtriebswelle Ab - das Zahnradgetriebe wird überbrückt. Die Überbrückung kann auch über den Zahnradgetriebesteg ZS erfolgen. An dieser Position ist noch immer i12gesamt = 2.833. Die Reibgetriebewelle R2 steht still und stützt sich gegen den Freilauf F1 ab. Danach wird das Reibstellgetriebe wieder bis i12R = -1 gestellt. Die Kupplung K2 wird nicht geschaltet.

Schalt-Stufe 4; i12gesamt = 2 bis 1.546:

Die Kupplung K1 schaltet die Antriebswelle An auf die Reibgetriebewelle R2, während sich das Reibstellgetriebe bei i12R = -1 befindet. Die Reibgetriebewelle R1 steht still und stützt sich gegen den Freilauf F2 ab. Danach wird das Reibstellgetriebe wieder bis i12R = -1.833 gestellt. Die Kupplungen K2 und K3 werden nicht geschaltet.

Schalt-Stufe 5; i12gesamt = 1.546 bis 1.09:

Die Kupplung K1 schaltet die Antriebswelle An auf die Reibgetriebewelle R1 , während sich das Reibstellgetriebe bei i12R = -1.833 befindet. Gleichzeitig schaltet die Kupplung K2 den Reibgetriebesteg RS auf den Zahnradgetriebesteg ZS. Die Kupplung K3 wird nicht geschaltet.

Schalt-Stufe 6; i12gesamt = 1.09 bis 0.843:

Die Kupplung K1 schaltet die Antriebswelle An auf die Reibgetriebewelle R2, während sich das Reibstellgetriebe bei i12R = -1 befindet. Die Reibgetriebewelle R1 steht still und stützt sich gegen den Freilauf F2 ab. Danach wird das Reibstellgetriebe wieder bis i12R = 1.833 gestellt. Die Kupplungen K2 und K3 werden nicht geschaltet.

Die in Fig. 4 dargestellte Verstelleinheit ist eine geeignete Versteileinrichtung für die in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellten Reib-Stellgetriebe. Die Versteileinrichtung weist einen auf einer Welle 4.1 verschiebbar und drehfest gelagerten ringförmigen Verstellschieber 4.2 auf. Am Umfang des Verstellringes sind Lenkhebellager 4.3 befestigt, an denen jeweils Lenkhebel 4.4 schwenkbar gelagert sind. Die Lenkhebel 4.4 tragen an ihren äußeren Enden drehbare Lenkrollen 4.5., in deren am Umfang vorgesehene Ausnehmungen Reibringe 4.6 eingreifen, um damit zusammenwirken. Ein geteilt ausgeführter Planetenträger 4.9 weist einen

Lagerarm 4.9.1 pro Reibkegel 4.7 auf. Die Lagerarme sind konzentrisch auf der Welle 4.1 gelagert und können sich rotierend relativ zueinander bewegen. Jeder Lagerarm 4.9.1 des Planetenträgers 4.9 stützt sich über einen Hydraulikzylinder 4.8 auf der Welle 4.1 ab. Die Reibringe 4.6 werden bei dieser Verstelleinheit nicht auf dem Kegel 4.7 verschoben, sondern gelenkt. Die Verstellung kann somit nur bei drehendem Getriebe erfolgen, erfordert dafür aber nur minimale Verstellkräfte. Toleranzbedingte Unterschiede des

Übersetzungsverhältnisses zwischen den einzelnen Kegel-Ring-Kombinationen werden durch den im Folgenden beschriebenen Mechanismus selbsttätig ausgeglichen:

Die Hydraulikzylinder 4.8 sind hydraulisch miteinander gekoppelt, wodurch jeder Kegel das gleiche Drehmoment überträgt. Sobald ein Kegel 4.7 eine relative Übersetzungsverhältnis- Differenz aufweist, bewegt er sich durch die hydraulische Kopplung der Lagerarme relativ zu den schräg angestellten Lenkhebellagern 4.3. Die Schrägstellung der Lenkhebellager 4.3 bewirkt über Lenkhebel 4.4 und Lenkrolle 4.5 eine Angleichung des

Übersetzungsverhältnisses. Die Lenkeinrichtung bewirkt mit anderen Worten eine kollektive Verstellung durch Verschieben des Verstellschiebers 4.2 sowie eine selektive Gleichsetzung der Einzelübersetzungsverhältnisse durch hydraulische Kopplung der einzelnen Reibkegel (4.7).

Claims

PATE N TAN SP RÜ C H E

1. Verstellbares Reibgetriebe mit stufenloser Übersetzungsverstellung, mit einer

Antriebswelle und einer Abtriebswelle und mit einem Gehäuse, in dem Bauteile,

insbesondere Reibkegel und Reibringe vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibkraft übertragenden Bauteile, insbesondere Reibkegel (1.4, 1.12, 2.6) und Reibringe (1.5, 1.6, 1.10, 1.1 1), planetarisch angeordnet sind und dass mittels einer Versteileinrichtung die Reibringe zur Veränderung der Übersetzung verstellbar sind.

2. Verstellbares Reibgetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Relativverschiebung von Gehäuse (1.16) zu ein Sonnenrad bildenden Elementen die Übersetzung veränderbar ist.

3. Verstellbares Reibgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zur reibschlüssigen Kraftübertragung notwendigen Normalkräfte aneinander abstützen, ohne dabei Lagerreaktionskräfte zu verursachen.

4. Verstellbares Reibgetriebe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Reibkegelstufen (1.4, 1.12) über das Sonnenrad bildende Elemente, Reibringe (1.17) und Gehäuse (1.16) derart miteinander gekoppelt sind, dass die zur reibschlüssigen

Kraftübertragung notwendigen Normalkräfte (Anpresskräfte) prinzipbedingt keine

Reaktionskräfte verursachen, welche über Lager aufgenommen werden müssen.

5. Verstellbares Reibgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenräder (Reibkegel 1.4, 1.12) axial und radial verschiebbar angeordnet sind und ihre Position, und damit das Übersetzungsverhältnis beider

Planetenstufen (1 und 2), lediglich durch Verschieben von das Sonnenrad bildenden

Elementen (koppel)relativ zum Gehäuse (1.16) vorgegeben ist.

6. Verstellbares Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenräder über fliegende (nicht gelagerte) Reibringe (1.5, 1.6, 1.10, 1.11 , 1.17), die insbesondere als Anpresseinrichtung ausgeführt sein können, derart gekoppelt sind, dass ein ringförmiges Kräftegleichgewicht entsteht, welches eine theoretisch kraftfreie Relativverschiebung des Sonnenrades/Gehäuses und damit die Verstellung des Übersetzungsverhältnisses ermöglicht.

7. Verstellbares Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Kegel planetarisch mit mindestens einem konzentrisch liegenden Stützring als Sonnenrad und einem insbesondere als Hohlrad ausgeführten, verschiebbaren Ring derart angeordnet sind, dass die an dem

8. Verstellbares Getriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zur reibschlüssigen Kraftübertragung an dem Verstellwälzpunkt notwendigen Normalkräfte von den Stützringen (2.12, 2.13) aufgenommen werden, dessen Abwälzlinien sich in einem gemeinsamen Schnittpunkt (Wälzpunkt der Stützflächen) mit der Hauptrotationsachse und den Kegelrotationsachsen treffen.

9. Verstellbares Getriebe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein verschiebbarer Ring (2.5) pro Kegel vorgesehen ist, welche in einem zusätzlichen, insbesondere als Hohlrad ausgeführten Ring (konische Fläche in 2.4) abwälzen.

10. Verstellbares Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem Planetenradgetriebe (Z) gekoppelt ist.

11. Verstellbares Getriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer abgestimmten Übersetzung und Spreizung der beiden Einzelgetriebe (R, Z) aufeinander sowie der Anordnung von Kupplungen (K1 , K2, K3) bzw. Freiläufen (F1 , F2) eine stetig veränderliche Gesamtübersetzung in mehreren Schaltstufen vorgesehen ist.

12. Verstellbares Getriebe nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass an den jeweiligen Schaltpunkten der Kupplungen (K1 , K2, K3) kein Übersetzungssprung in der Gesamtübersetzung vorhanden ist.

13. Verstellbares Getriebe nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibringe bei dem Schaltvorgang der Kupplungen (K1 , K2, K3) in die nächste Stufe in ihrer Position nicht verändert und nach dem Schaltvorgang wieder in umgekehrter axialer Richtung bewegt werden für eine stetige Veränderung der Gesamtübersetzung in die angestrebte Richtung.

14. Verstellbares Getriebe nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe auch mit Schaltstufen derart ausgestattet ist, dass beim Umschalten der Kupplungen (K1 , K2, K3) die Gesamtübersetzung nicht stetig verändert wird.

15. Verstellbares Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verstellung des Übersetzungsverhältnisses eine

toleranzkompensierte Versteileinrichtung, insbesondere Lenkeinrichtung, vorgesehen ist.

16. Verstellbares Getriebe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die

Reibkegel hydraulisch gekoppelt sind.

17. Verstellbares Getriebe nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteileinrichtung ein auf einer Welle verschiebbar angeordnetes Verstellelement (4.2) aufweist, an dem Lenkhebel (4.4) gelagert sind, die mit Reibkegeln (4.7) zugeordneten Reibringen (4.6) zusammenwirken.