DE3441618A1

DE3441618A1 - Getriebe mit stufenlos verstellbarem uebersetzungsverhaeltnis

Info

Publication number: DE3441618A1
Application number: DE19843441618
Authority: DE
Inventors: Forbes George de Brie Charlbury Oxford Perry
Original assignee: NAT RES DEV; National Research Development Corp UK
Current assignee: BTG International Ltd
Priority date: 1983-11-17
Filing date: 1984-11-14
Publication date: 1985-05-30
Anticipated expiration: 2004-11-15
Also published as: US4691592A; JPS60132164A; GB2149866A; GB2149866B; GB8330682D0; DE3441618C2

Description

National Research Development Corporation, 101 Newington Causeway, London SE1 6BU, England

Getriebe mit stufenlos verstellbarem übersetzungsverhältnis

Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit stufenlos verstellbarem Überset2ungsverhältnis nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Dabei handelt es sich um eine Getriebegattung, wie sie beispielsweise zur Verbindung des Antriebsmotors eines Kraftfahrzeugs mit den angetriebenen Rädern geeignet ist.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die an sich bekannte Gattung solcher Getriebe mit stufenlos " verstellbarem übersetzungsverhältnis, deren Betriebsweise deutlich in zwei unterschiedliche Betriebszustände unterteilt werden kann, deren Betriebsart und gegenseitiger Zusammenhang nachstehend erläutert werden. 15

Zunächst sei angenommen, daß das Eingangsglied des Getriebes vom Antriebsmotor mit konstanter Drehzahl angetrieben wird, und daß das Getriebe sich im ersten Betriebszustand befindet, wobei die übersetzungsverhältnis-Verstellbaugruppe des Getriebes, In seine eine· Extrem-

stellung eingestellt ist. Typischerweise dreht sich nun das Abtriebsglied des Getriebes in Rückwärtsrichtung und mit maximaler Drehzahl. Wird die Einstellung der Verstellbaugruppe nun fortschreitend in Richtung auf ihre entgegengesetzte Extremstellung hin verändert, wird typischerweise die Drehzahl des Abtriebsglieds fortschreitend kleiner, bis vor dem Erreichen der entgegengesetzten Extremstellung sich ein Zustand einstellt, bei welchem die Abtriebsdrehzahl Null ist, wobei dieser Einstellzustand des Getriebes allgemein als LeerlaufÜbersetzungseinstellung (bei im Eingriff befindlichem Getriebe) bekannt ist. Wenn die Einstellung der Verstellbaugruppe dann weiter in Richtung zu der anderen Extremstellung verändert wird, beginnt das Abtriebsglied, sich mit zunehmender Drehzahl in der Vorwärtsrichtung zu drehen.ne

Wenn dann der zweite Betriebszustand anstelle des ersten Betriebszustands zur Wirkung gebracht wird und die Einstellung der Verstellbaugruppe fortschreitend zurück in Richtung der ersteren Extremstellung verändert wird, verbleibt das Abtriebsglied im vortwärtsdrehzustand und seine Drehzahl erhöht sich stetig bis zur maximalen vorwärtsdrehzahl.

Die Erfindung ist insbesondere auf Getriebe der sogenannten Toroidlaufflächen-Reibrad-Bauart anwendbar, von welcher die GB-PS 1 078 791 ein Beispiel zeigt, bei welchem die Verstellbaugruppe eine Eingangsscheibe aufweist, die vom Antriebsmotor angetrieben wird und die eine an einer Stirnfläche gebildete koaxiale Toroidlaufflache aufweist. Das Abtriebsglied der Verstellbaugruppe weist eine koaxiale Abtriebsscheibe auf, die mit einer ähnlichen und derjenigen der Eingangsscheibe zugewandten Toroidlauffläche versehen ist, wobei diese beiden Laufflächen zusammen die Oberfläche eines einzigen gedachten

Torus bilden. Das Drehmoment wird von der Eingangsscheibe • auf die Ausgangsscheibe mittels einer Gruppe von Rollen Übertragen, die jeweils mit beiden Laufflächen in reibschlüssiger Berührung stehen und so angeordnet sind, daß sie mit ihren Mittelpunkten auf der kreisförmigen Torusmittellinie umlaufen und ihre eigenen Drehachsen jeweils die gemeinsame Achse der beiden Scheiben schneided. Durch Veränderung der Einstellung der Rollen derart, daß ihre Mittelpunkte weiter auf der kreisförmigen Torusmittellinie verbleiben, ihre eigenen Drehachsen jedoch die Drehachse der Scheibe an einem anderen Punkt schneiden, wird das Drehzahlverhältnis zwischen der Eingangsscheibe und der Abtriebsscheibe und folglich das Übersetzungsverhältnis des Getriebes insgesamt verändert.

Bei der Anordnung nach der GB-PS 1 078 791 ebenso wie bei anderen bekannten Getrieben dieser Gattung verbindet ein verstellbarer, Zahnräder aufweisender Mechanismus das Abtriebsglied des Getriebes sowohl mit der Abtriebsscheibe der Verstellbaugruppe als auch über andere Mittel als die Rollen mit dem antriebsmotorseitigen Getriebeeingang, Der Mechanismus kann in zwei verschiedene Anordnungszustände entsprechend den schon erwähnten beiden Betriebszuständen gebracht werden. In dem einen Anordnungszustand des Mechanismus befindet sich das Getriebe also in seinem ersten Betriebszustand, und eine Änderung der Einstellung der Rollen durch Drehen derselben um eine etwa tangential zum Mittellinienkreis des Torus verlaufende Verstellachse aus einer ersten Extremstellung in die entgegengesetzte Extremstellung bewirkt, daß der Abtrieb des Getriebes von der vollen Rückwärtsdrehzahl durch den Leerlaufzustand (Nulldrehzahl) hindurch auf langsame Vorwärtsdrehzahl übergeht, wie schon oben beschrieben. Der Mechanismus und seine Getrieberäder sind so ausgelegt, daß bei einer Änderung seines Anordnungszustands zum Überführen des Getriebes in seinen zweiten Betriebszustand, wobei die

Rollen in ihrer zweiten Extremstellung verbleiben, keine plötzliche Änderung der Drehzahl des Abtriebsglieds stattfindet. Eine solche Umstellung ist als Synchronumschaltung bekannt. Wenn das Getriebe in diesem Betriebszustand verbleibt und die Rollen dann wieder fortschreitend in ihre erste Extremstellung zurückgedreht werden, verbleibt das Abtriebsglied im Vorwärtsdrehzustand und seine Drehzahl erhöht sich zunehmend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zwei Betriebszustände aufweisendes Getriebe mit stufenlos verstellbaren übersetzungsverhältnis zu schaffen, das einen neuen, die Verstellbaugruppe mit dem Abtriebsglied verbindenden Mechanismus aufweist, der die Vorteile verhältnismäßig niedriger Drehzahlen der wesentlichen Getriebeelemente, einer kurzen axialen Baulänge, und einer verhältnismäßig direkten und vorgelegefreien Verbindung zwischen dem Stellorgan und dem Abtriebsglied im zweiten Betriebszustand hat, in welchem das Abtriebsglied natürlich seine höchste Drehzahl erreicht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.

Das erfindungsgemäße Getriebe mit stufenlos verstellbarem übersetzungsverhältnis, das in zwei Betriebszuständen arbeiten kann, weist also zwei Hauptbaugruppen • auf. Die erste Hauptbaugruppe weist eine Verstellbaugruppe mit einem Eingangsglied I, das mit einem Antriebsmotor kuppelbar ist, und einem Abtriebsglied V auf. Das Eingangsglied der zweiten Hauptbaugruppe, die zwei Planetengetriebe ER und EM aufweist, ist sowohl mit dem Eingangsglied als auch dem Abtriebsglied der Verstellbaugruppe verbunden, und das Abtriebsglied der zweiten Hauptbaugruppe ist mit dem Abtriebsglied des Getriebes insgesamt

verbunden. Das Sonnenrad des Planetengetriebes ER ist mit dem Eingangsglied I der ersten Hauptbaugruppe verbunden, und das Ringrad des Planetengetriebes ER ist mit.dem Planetenradträger des Planetengetriebes EM kuppelbar. Das Abtriebsglied des Gesamtgetriebes ist mit dem Ringrad des Planetengetriebes EM verbunden und mittels einer Kupplung oder dergleichen außerdem mit dem Abtriebsglied V der Verstellbaugruppe kuppelbar. Eine Bremse oder dergleichen ermöglicht die Festlegung des Planetenradträgers des Planetengetriebes ER mit Bezug auf das Gestell.

Die Anordnung ist derart arbeitsfähig, daß im ersten Betriebszustand die Kupplung ausgekuppelt ist und die Bewegung des Abtriebsglieds des Gesamtgetriebes die Drehbewegung sowohl des Planetengetriebes ER als auch des Planetengetriebes EM in Abhängigkeit der Eingangsdrehbewegungen von I und V berücksichtigt, welch letzteres über das Ringrad von EM mit dem Abtriebsglied des Gesamtgetriebes verbunden ist. Im zweiten Betriebszustand ist die Kupplung eingekuppelt, so daß das Abtriebsglied direkt mit V verbunden ist, und die Bremse ist gelöst, so daß der Planentenradträger von ER keine Festlegung oder umlaufmäßige Beschränkung auf die anderen Elemente von EM und ER überträgt, die daher frei umlaufen können.

Der Planenradträger von ER kann ständig mit Bezug auf das Gestell festgelegt sein, wobei in diesem Fall ein zweites kupplungsartiges Element in der Kette zwischen dem Ringrad von ER und dem Plantenradträger von EM angeordnet sein kann. Alternativ dazu kann diese Verbindung starr und der Planentenradträger von ER mittels einer lösbaren Bremse mit Bezug auf das Gestell festgelegt sein.

Die Verstellbaugruppe kann von der Toroidlaufbahn-Reibrad-Bauart sein und nur eine einzige Eingangsscheibe und eine einzige Abtriebsscheibe aufweisen, und die Drehbewegungen

ihres Eingangsglieds und ihres Abtriebsglieds, der Planentenradträger von ER und EM, und des Abtriebsglieds des Gesamtgetriebes können alle koaxial erfolgen. Im zweiten Betriebszustand kann die über die Kupplung zwischen dem Abtriebsglied V der Verstellbaugruppe und dem Abtriebsglied des Gesamtgetriebes erfolgende Verbindung radial außerhalb der beiden Planetengetriebe liegen, und das Äbtriebsglied des Gesamtgetriebes kann in Form eines Ringrads vorliegen, so daß die Bremse durch das Innere des Ringrads hindurch mit dem Planetenradträger von ER in Zusammenwirkung stehen kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter .Bezugnahme auf die anliegende schematische Zeichnung näher beschrieben, die einen Axialschnitt durch ein Getriebe nach der Erfindung zeigt.

Die Zeichnung zeigt einen Teil eines Automobilantriebs mit Rahmen- und Gehäuseteilen 1, 2, die ein Differentialgetriebe lagern, das über eine Vorgelegewelle 4 und einen Zahnriemen 5 mit einem Ringrad 6 verbunden ist, welches das Abtriebsglied des erfindungsgemäßen Getriebes bildet. Die Getriebeeingangswelle 7 wird im Betrieb von einem nicht dargestellten Antriebsmotor, der das Antriebsdrehmoment auf ein an der Eingangswelle 7 gebildetes Eingangsritzel 8 überträgt, mit einer Eingangsdrehzahl I gedreht.

Mit der Eingangswelle 7 ist die Eingangsscheibe 9 einer Toroidlaufbahn-Verstellbaugruppe 10 verkeilt, deren entsprechende Abtriebsscheibe 11 frei um die Welle drehbar ist, und die beiden einander zugewandten Stirnflächen 12 und 13 dieser beiden Scheiben bilden Teilflächen der Oberfläche eines gedachten Torus mit einem Mittellinienkreis 14. Eine Gruppe von drei Rollen 16 an sich bekannter

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Bauart ist in einem nur angedeuteten Sternrahmen 15 angeordnet, und die Linien 16a und 16b deuten die beiden Extremstellungen an, in welche jede der Rollen 16 mittels eines Mechanismus an sich bekannter Bauart eingestellt werden kann, der an sich keinen Teil der Erfindung bildet, um das übersetzungsverhältnis der Baugruppe 10 zu verändern. Dabei deutet die Linie 16a eine Extremstellung an, in welcher die Drehzahl der Abtriebsscheibe 11 mit Bezug auf diejenige der Eingangssscheibe 9 einen Minimalwert hat, und die Linie 16b deutet die andere Extremstellung an, in welcher die Drehzahl der Abtriebsscheibe 11 mit Bezug auf diejenige der Eingangsscheibe 9 einen Maximalwert hat.

Die Welle 7 ist mit dem Sonnenrad 17 eines Planetengetriebes verkeilt, das nachstehend als ümkehrplanetengetreibe ER bezeichnet wird. Der Planetenradträger 18 von ER ist über eine Hülse 19 und eine Bremse 20 mit dem Gehäuse 2 verbunden. Das Ringrad 21 von ER ist über eine Hülse 22 mit dem Planetenradträger 23 eines zweiten Planetengetriebes verbunden, das nachstehend als Mischplanetengetriebe EM bezeichnet wird. Das Sonnenrad 24 dieses Planetengetriebes ist auf einem Lager 25 frei um die Welle 7 drehbar und ist über ein Bauteil 26 mit der Abtriebsscheibe 11 verbunden, die außerdem über eine Kupplung 27 und ein abgestuftes rohrförmiges Bauteil 28 direkt mit dem Abtriebsglied 6 des Getriebes verbunden ist. Außerdem ist ein Bauteil 28 mit dem Ringrad 29 von EM verkeilt.

Wenn das Getriebe in seinem ersten Betriebszustand arbeitet, ist die Bremse 20 eingekuppelt und die Kupplung ausgekuppelt. Der Betätigungsmechanismus der Kupplung und der Bremse sind nicht dargestellt, aber an sich bekannt. Der Planetenradträger 18 des Planetengetriebes ER ist daher bezüglich des Gestells festgelegt und erhält

die Eingangsdrehbewegung I von der Welle 7 über das Sonnenrad 17. Die Ausgangsdrehbewegung von ER wird über

• das Ringrad 21 und die Hülse 22 auf den Planetenradträger des Planentengetriebes EM übertragen, das außerdem eine Eingangsdrehbewegung V von der Abtriebsscheibe 11 über das Bauteil 26 und das Sonnenrad 24 erhält. Die Ausgangsdrehbewegung des Planetengetriebes EM wird über das Ringrad 29 auf das Bauteil 28 und so auf das Abtriebsglied 6 des Getriebes und über den Zahnriemen 5 und die Vorlege-

TO welle 4 auf das Differentialgetriebe 3 übertragen.

Während dieses ersten Betriebszustands, wenn die Rollen fortschreitend aus ihrer einen Extremstellung 16b in die andere Extremstellung 16a verstellt werden, erfolgt die fortschreitende Änderung des Drehzahlverhältnisses I/V derart, daß die Drehbewegung des Abtriebsglieds 6, die beim maximalen Drehzahlwert beginnt, fortschreitend auf Null abfällt und dann die Drehrichtung ändert und schließlich einen bestimmten Vorwärtsdrehzahlwert erreicht, wenn die Rollen 16 die Stellung 16a erreichen. Unter Anwendung an sich bekannter Kriterien sind die Charakteristiken der Planetengetriebe ER und EM und ihrer miteinander in Beziehung stehenden Einzelelemente vorzugsweise so gewählt, daß an dieser Stelle die Bremse 20 gelöst und gleichzeitig die Kupplung 17 eingekuppelt wird, so daß EM und ER nunmehr leer mitlaufen und das Antriebsdrehmoment von der Abtriebsscheibe 11 über die Kupplung und das Bauteil 28 unmittelbar auf das Getriebeabtriebsglied 6 übertragen wird, wobei hierbei keine Änderung des Gesamtübersetzungsverhältnisses des Getriebes und daher keine plötzliche Drehzahländerung des Getriebeabtriebsglieds 6 erfolgt. Eine solche Änderung wird bekanntermaßen, wie schon erwähnt, als Synchronumschaltung in den zweiten Betriebszustand bezeichnet, während dessen eine Rückwärtsverstellung der Rollen 16 aus ihrer zweiten Extremstellung 16a in ihrer ursprüngliche Extremstellung 16b eine ständige Zunahme der Vorwärtsdrehzahl des Getriebeabtriebsglieds 6 bewirkt.

- Leerseite -

Claims

Patentansprüche

1. Getriebe mit stufenlos verstellbarem Übersetzungsverhältnis, das in zwei Betriebszuständen arbeiten kann und zwei Hauptbaugruppen aufweist, von denen die erste Hauptbaugruppe eine Drehzahlübersetzungs-Verstellbaugruppe mit einein, mit einem Antriebsmotor verbindbaren Eingangsglied I und einem Abtriebsglied V aufweist und die zweite Hauptbaugruppe zwei Planetengetriebe ER und EM aufweist, und wobei das Eingangsglied der zweiten Hauptbaugruppe sowohl dem Eingangsglied mit I als auch mit dem Abtriebsglied V der Verstellbaugruppe verbunden und das Abtriebsglied der zweiten Hauptbaugruppe mit dem Abtriebsglied des Gesamtgetriebes verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (17) des Planentengetriebes ER mit dem Eingangsglied I der Verstellbaugruppe (10) verbunden und das Ringrad (21) des Planetengetriebes ER mit dem Planetenradträger (23) des Planetengetriebes EM verbindbar ist, daß weiter das Getriebeabtriebsglied (6) mit dem Ringrad (29) des Planetengetriebes EM verbunden und außerdem mittels einer Kupplung (27) oder dergleichen mit dem Abtriebsglied V der Verstellbaugruppe (10) verbindbar ist, und daß der Planetenradträger (18) des Planetengetriebes ER über eine Bremse (20) bezüglich des Gestell (1, 2) festlegbar ist, derart, daß im ersten Betriebszustand des Getriebes bei ausgekuppelter Kupplung (27) die Drehbewegung des Getriebeabtriebsglieds (6) in Abhängigkeit von den Drehbewegungen des Eingangsglieds I und des Abtriebsglieds V der Verstellbaugruppe (10) über die

Getriebeketten der Planetengetriebe ER und EM bestimmt wird, während im zweiten Betriebszustand die Kupplung (27) eingekuppelt ist und das Getriebeabtriebsglied (6) unmittelbar mit dem Abtriebsglied V der Verstellbaugruppe (10) verbunden und die Bremse (20) gelöst ist, so daß der Planetenradträger (18) des Planetengetriebes ER keine drehbewegungsbeschränkende Wirkung auf die anderen Elemente von EM und ER hat und diese daher frei umlaufen können.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß statt der lösbaren Festlegung des Planetenradträgers (18) des Planetengetriebes ER bezüglich des Gestells (1,2) mittels einer Bremse (20) eine ständige Festlegung dieses Planetenradträgers (18) bezüglich des Gestells vorgesehen und in die Verbindung zwischen dem Ringrad (21) des Planetengetriebes ER und dem Planetenradträger (23) des Planentengetriebes EM ein zweites kupplungsartiges Bauteil eingeschaltet ist.

3. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringrad (21) des Planetengetriebes ER und der Planetenradträger (23) des Planetengetriebes EM starr miteinander verbunden sind.

4. Getriebe nach Anspruch 1, wobei die Verstellbaugruppe (10) der Toroidlaufbahn-Reibrad-Bauart angehört, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellbaugruppe (10) nur eine einzige Eingangsscheibe (9) und eine einzige Abtriebsscheibe (11) aufweist, und daß diese beiden Scheiben, der Planetenradträger (18, 23) der beiden Planetengetriebe ER und EM, und des Getriebeabtriebsglieds (6) alle koaxial miteinander angeordnet sind.

-Λ -

5. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (27) zwischen dem Abtriebsglied V der Verstellbaugruppe (10) und dem Getriebeabtriebsglied (6) radial außerhalb der beiden Planetengetriebe ER und EM liegt und daß das Getriebeabtriebsglied (6) als Ringrad ausgebildet ist und die Bremse (20) durch das Innere dieses Ringrads hindurch mit dem Planetenradträger (18) des Planetengetriebes ER zusammenwirkt.