DE4415739A1 - Antriebsverbindung für die Einstellscheibe eines stetig veränderlichen Getriebes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsverbindung für die Ein­ stellscheibe eines stetig veränderlichen Getriebes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Stetig veränderliche Getriebe sind mit Riemenscheiben verse­ hen, von denen die eine Scheibenhälfte fest und die andere zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses axial ver­ schiebbar ist und die mit einer Antriebswelle verbunden ist.

In bekannter Weise besitzen solche Getriebe zwei Scheiben­ paare, nämlich eine primäre Scheibe, die mit einem Motor verbunden ist, und eine sekundäre Scheibe, die mit dem An­ triebsstrang eines Fahrzeugs, typischerweise über eine Kupp­ lung, verbunden ist. U.S. 4,433,594 zeigt ein Beispiel.

Die Verbindung der Scheiben erfolgt über einen Antriebsrie­ men, der mit den Seitenflächen der Scheibenhälften im Reib­ schluß zusammenwirkt. Mit Hilfe der Verschiebung der beweg­ lichen Scheibenhälften erfolgt die Einstellung des Über­ setzungsverhältnisses, d. h. der V-förmige Spalt zwischen den Scheibenhälften wird vergrößert bzw. verkleinert und damit der wirksame Radius für den Antriebsriemen verändert.

Die Betätigung der beweglichen Scheibenhälften erfolgt mit Hilfe eines hydraulischen Zylinders. Wird dieser mit Druck beaufschlagt, so wird die verschiebbare Scheibenhälfte auf die feste Hälfte hin verschoben und damit der wirksame Scheibendurchmesser vergrößert. Bei Druckentlastung im Zylinder erfolgt die Verschiebung entgegengesetzt und der für den Riemen effektive Scheibendurchmesser verkleinert sich. Im allgemeinen müssen die effektiven Durchmesser des primären und sekundären Scheibenpaares gegensinnig einge­ stellt werden, wie dies in U.S. 5,006,092 erläutert ist.

Die Verbindung zwischen der beweglichen Scheibenhälfte und der Welle muß eine axiale Verschiebung zulassen, jedoch ra­ dial fixiert sein. Im Stand der Technik finden sich ver­ schiedene Lösungswege. Beispielsweise kann eine innere Nut an der Welle zur Aufnahme eines Keiles vorgesehen sein. Solche Keilnuten in der Welle und dem Flansch der Scheiben­ hälfte bedingen ein teueres Herstellungsverfahren. Ferner sind unter Drehmomentbelastung hohe Kräfte erforderlich, um die Scheibenhälfte längs der Nut/Keilführung zu schieben. Eine zu hohe Belastung der Keilnutverbindung kann zum Aus­ fall des Getriebes führen.

Auch ist es bekannt, zur Verbindung der verschiebbaren Scheibenhälfte mit der Welle Kugelkörper vorzusehen, von denen mehrere in entsprechenden Rillen sitzen. Dabei fun­ gieren die Kugeln sowohl als Wälzkörper für geringere Rei­ bung und als Antriebsverbindung. Auch diese Herstellung ist teuer und erfordert enge Herstelltoleranzen zwischen den Kugeln und den Rillen.

Gemäß U.S. 3,868,862 ist ein schwenkbares Gelenk bzw. Ge­ lenkteile zwischen Scheibenhälfte und Welle vorgesehen. Es kann sich dabei um ein einfaches, am Umfang angeordnetes Gelenk oder um drei beabstandete Gelenke handeln. Jedenfalls sind die Gelenke fest und müssen mit Schwenkpunkten versehen sein, die in der zweiten Ausführungsform Universalgelenke sind. Diese müssen ständig geschmiert werden. Die Gelenke üben eine Kraftkomponente auf den Scheibenflansch aus, die die von anderen Mitteln auf den Flansch ausgeübten Kräfte verstärkt oder verkleinert.

In U.S. 5,013,283 ist eine Antriebsverbindung mit Bolzen dargestellt, die sich durch einen auf der Welle angeordneten Kolben erstrecken und von diesem getragen sind. Die Bolzen nehmen die vom Riemen ausgeübten Kräfte nahe dem Einwir­ kungsbereich auf, so daß die verschiebbare Scheibenhälfte leichter und weniger massiv ausgebildet sein kann.

Wenn auch bekannte Antriebsverbindungen zufriedenstellend sind, so sind dennoch Verbesserungen wünschenswert. Die Antriebsverbindung sollte möglichst billig herstellbar sein. Insbesondere sollen die Kosten zum Bearbeiten der Welle usw. möglichst gering sein und sich für Massenproduktion eignen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine An­ triebsverbindung für eine verschiebbare Scheibenhälfte zu schaffen, mit der der Scheibenflansch radial zur Welle fest­ gelegt wird, sich jedoch axial verschieben kann, ohne daß Kugelkörperführungen oder andere Gelenkverbindungen erfor­ derlich sind, die die Herstellung verteuern.

Ferner soll die Servoeinrichtung zum Verschieben des Schei­ benflansches längs der Welle hohen Festigkeitsansprüchen genügen.

Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß liefert diese Anordnung eine besonders hohe Aussteifung von Seiten der Ringwand und des Endes der ring­ förmigen Verlängerung, so daß der strukturelle Aufbau der Servoeinrichtung besonders hohe Festigkeit aufweist. Die verschiebbare Scheibenhälfte sitzt in einem engen Lagersitz auf der Welle, der Lagersitz stützt also den beweglichen Flansch radial ab, doch gestattet er die axiale Verschiebung gegenüber der Welle.

Im übrigen ist stromab des sekundären Scheibenpaares minde­ stens eine nicht dynamische Kupplung angeordnet. Dieses Sy­ stem hat ein bestimmtes Drehmomentvermögen, das das Drehmo­ ment des den Antriebsstrang antreibenden Motors übersteigt, das jedoch geringer ist als das Drehmomentvermögen des Rie­ mensystems. Es wird hierzu auf U.S. 5,006,092 hingewiesen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines stetig veränderlichen Ge­ triebes;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Getriebes;

Fig. 3 und 4 perspektivische Ansichten des Getriebes mit dem Riemen in einem ersten und zweiten Übersetzungs­ verhältnis;

Fig. 5 eine erste Ausführungsform der Antriebsverbindung im ersten Übersetzungsverhältnis;

Fig. 6 einen Schnitt ähnlich Fig. 5, aber im zweiten Übersetzungsverhältnis;

Fig. 7 durch eine zweite Ausführungsform im ersten Über­ setzungsverhältnis;

Fig. 8 einen Schnitt durch die zweite Ausführungsform im zweiten Übersetzungsverhältnis und

Fig. 9 eine Draufsicht auf die Ausführungsform der Fig. 7 längs der Linie 9-9 in Fig. 7.

Zur Wirkungsweise des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ge­ triebes wird auf U.S. 5,031,481; 5,006,092 und 4,433,594 hingewiesen. Eine eingangsseitige Schlupfkupplung 2 ist für das Getriebesystem 3 vorgesehen, während nicht dynamische Kupplungen 4, 5 für die Vorwärts- und Rückwärtsfahrt aus­ gangsseitig angeordnet sind. Das Getriebesystem 3 besteht aus ersten und zweiten Scheibenpaaren 10 und 11 und einem Riemen 12. Das erste Scheibenpaar 10 besitzt Scheibenhälften 13 und 14 und das zweite Scheibenpaar 11 besitzt Scheiben­ hälften 15 und 16. Die Scheibenhälften 13 und 14 sitzen auf einer Welle 20, die von einem nicht dargestellten Motor an­ getrieben wird. Ausgangswellen 22 und 23 sind mit einem nicht dargestellten Antriebsstrang verbunden. Die Scheiben­ hälften 15 und 16 sind auf einer Zwischenwelle 30 angeord­ net. Die erste verschiebbare Scheibenhälfte 13 wird vom Druck in einem ersten Zylinder 25 und die zweite verschieb­ bare Scheibenhälfte 15 vom Druck in einer Zylinderkammer 25 betätigt.

Der Schlupfzustand der Kupplung 2 zum Starten wird durch den Druck eines Druckmittels eingestellt, wobei ein bestimmter minimaler Schlupf während des Betriebes vorteilhaft ist, um Torsionsschwingungen zu dämpfen, die vom Motor auf das Sy­ stem 3 des Getriebes ausgeübt werden.

Eine nicht dynamische Vorwärtskupplung 4 sitzt auf der ersten Zwischenwelle 30 und eine nicht dynamische Rückwärts­ kupplung 5 sitzt auf einer zweiten Zwischenwelle 31, die mit den Abtriebswellen 22, 23 verbunden ist.

Beide Kupplungen 4, 5 sind nicht dynamisch und arbeiten in einem von zwei Zuständen, entweder eingerückt oder ausge­ rückt. Die Kupplungen 4, 5 werden hierzu hydraulisch betä­ tigt entsprechend der Stellung eines Getriebehebels (nicht dargestellt). Beim Einrücken der Vorwärtskupplung 4 rotieren die Abtriebswellen 22, 23 über Zahnräder in einer ersten Richtung zur Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs. Beim Einrücken der Rückwärtskupplung 5 rotieren die Abtriebswellen 22, 23 über Zahnräder in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung für die Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs. Beide Kupplungen 4, 5 sind gleichzeitig nicht eingerückt, da dies das System blockieren würde, wenn sich die Abtriebswellen in keiner Richtung dre­ hen können. Beide Kupplungen werden ausgerückt, wenn das Ge­ triebe in der neutralen oder Parkstellung ist. Hierzu s. auch U.S. 5,006,092.

Vorwärtszahnräder 40 sind drehfest mit der beweglichen Kupp­ lungsplatte 42 der Vorwärtskupplung 4 verbunden. Die Zahn­ räder werden angetrieben, wenn die Kupplung 4 einrückt und die erste Zwischenwelle 30 mit der zweiten Zwischenwelle 31 kuppelt. Wird die Kupplung 4 gelöst, so erhält die zweite Zwischenwelle 31 ein Drehmoment. Die Zahnräder 40 weisen ein Antriebszahnrad 43 auf, das mit der Kupplungsplatte 42 ver­ bunden ist und ein getriebenes Zahnrad 44, das mit der zwei­ ten Zwischenwelle 31 rotiert.

Die zweite Zwischenwelle 31 ist mit den Abtriebswellen 22, 23 über Zahnräder 50 mit einem Antriebszahnrad 51 und einem Abtriebszahnrad 52 verbunden. Wie dargestellt, rotieren die Abtriebswellen 22, 23 in gleicher Richtung wie die erste Zwischenwelle 30, so daß das Fahrzeug vorwärtsfährt, wenn die Kupplung 4 eingerückt ist. Die Zahnräder können jedoch auch in einer anderen Anordnung vorgesehen sein, und die Abtriebswellen 22, 23 rotieren gegensinnig zur zweiten Zwischenwelle 31, wenn die Abtriebswellen 22, 23 in Vor­ wärtsrichtung für Vorwärtsfahrt rotieren und in Rückwärts­ richtung für Rückwärtsfahrt.

Umkehr-Zahnräder 53, s. auch U.S. 5,006,092, sind vorge­ sehen, so daß der Antriebsstrang auch mit Hilfe der Schei­ benpaare 10,11 des stufenlosen Getriebes im umgekehrten Sinn angetrieben wird.

Fig. 3 und 4 zeigen schematisch die Einstellung des Überset­ zungsverhältnisses des stufenlosen Getriebes einschließlich verschiedener Übersetzungsverhältnisse für Underdrive und Overdrive. Die erste einstellbare Scheibe 10 sitzt auf der Welle 20 und eine zweite einstellbare Scheibe 11 auf der Welle 30. Ein Riemen 12 umschlingt die Scheiben 10 und 11. Die Scheibe 10 besitzt konische Flansche 13 und 14 und die Scheibe 11 konische Flansche 15 und 16. Zum Ändern des Über­ setzungsverhältnisses ist der Flansch 13 der Scheibe 10 axial gegenüber dem Flansch 14 beweglich, wie auch der Flansch 15 der Scheibe 11 gegenüber dem Flansch 16. Beide Flansche jeder Scheibe können in Bezug aufeinander axial verschiebbar sein, doch ist dies an sich nicht erforderlich, um das Übersetzungsverhältnis zu ändern. Für den Reibschluß des Riemens 12 mit den Scheibenflanschen ist mindestens einer der Flansche jeder Scheibe konisch. Vielfach sind beide Flansche konisch, wie dargestellt.

Eine erfindungsgemäß ausgebildete Scheibe 10 ist im einzel­ nen in Fig. 5 dargestellt. Ein stufenloses Getriebe besitzt zwei Scheibenpaare, von denen eines im Durchmesser kleiner als das andere sein kann. Es wird nachfolgend nur eine Scheibe näher beschrieben. Die Scheibe 10 besteht aus zwei konischen Flanschen 13 und 14 mit Flächen 60 und 61 für einen V-förmigen Spalt. Der Flansch 14 ist an der Welle 20 angeformt. Die Welle 20 ist über eine Startkupplung 5 mit einer Antriebswelle 21 verbünden und diese mit einem Motor.

Die Scheibe 10 ist in einem ersten Übersetzungsverhältnis eingestellt, wenn die Flansche 13, 14 beabstandet sind und der Riemen 12 am Innenradius 23 liegt. Der verschiebbare Flansch 13 besitzt eine Nabe 64, die auf der Welle 20 glei­ tet. An der Nabe 64 ist eine Ringwand 65 aufgekeilt oder in anderer Weise radial befestigt und axial von einem Siche­ rungsring 70 gehalten. Der Ringwand 65 hat mehrere Bohrungen 71 zur gleitenden Aufnahme von Führungen 80. Vorzugsweise ist ein Spiel zwischen der Ringwand 65 und einer wellensei­ tigen Verlängerungswand 73 vorgesehen, so daß über die Dich­ tung 96 nur eine Abdichtung erfolgt. Die Dichtung 96 und Ringwand 65 sind somit von Tragkräften entlastet.

Der bewegliche Flansch 13 ist in Antriebsverbindung mit einer Ringscheibe 72, die auf der Welle 20 aufgekeilt oder in anderer Weise radial befestigt ist. An der Ringscheibe 72 ist eine Verlängerungswand 73 befestigt. Diese verbindet sich mit dem Innenring 74. Der Innenring 74 und die Ring­ scheibe 72 haben fluchtende Bohrungen 75, 76, durch die je­ weils eine Führung 80 gesteckt ist. Diese besteht aus einer Hülse 81, die zwischen der Seite 82 der Ringscheibe und der Seite 83 des Innenrings 74 liegt, und aus einem Befesti­ gungselement 84, das ein Bolzen 85 ist, der mit einer selbsthemmenden Flanschmutter 86 versehen ist. Die Hülse 81 liegt innerhalb der Bohrung 71 der Ringwand 65 und liefert somit die Antriebsverbindung zwischen dem beweglichen Flansch 13 und der Welle 12, wobei eine Axialverschiebung erfolgen kann. Mit dieser Anordnung wird von der Ringscheibe 72 und dem Innenring 74 in Kombination eine Aussteifung er­ zielt, die die Festigkeit der Servoeinrichtung erheblich er­ höht. Die Anzahl der Führungen 80 kann entsprechend gewählt werden und ist teilweise abhängig vom Drehmoment. Bevorzugt sind drei gleich beabstandete Führungen, wie aus Fig. 9 er­ sichtlich ist.

Der bewegliche Flansch 13 wird hydraulisch axial verschoben. Wie aus Fig. 5 und 6 ersichtlich, wird von der Ringwand 65, der Ringscheibe 72, der Verlängerungswand 73 und der Welle 20 ein Zylinderraum 91 umschlossen, der über einen Kanal 62 und eine Bohrung 93 an eine Hydraulik (nicht dargestellt) angeschlossen ist. Die Abdichtung des Zylinderraums 91 er­ folgt durch die Dichtung 96. Steigt der Druck im Zylinder­ raum 91, so verschiebt sich der bewegliche Flansch 13, indem er die Fläche 94 der Ringwand 65 beaufschlagt. Dabei ver­ schiebt sich der bewegliche Flansch 13 in Richtung auf den festen Flansch 14. Die Gegenbewegung des beweglichen Flan­ sches 13 erfolgt durch die Kraft des Riemens 12, der unter Spannung auf die Seitenflächen 60, 61 der Flansche 13, 14 drückt.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen Fig. 7 und 8. Der Aufbau ist weitgehend gleich mit der Aus­ nahme, daß die Verlängerungswand 73 am Innenring 74 befe­ stigt ist, und daß am beweglichen Flansch 13 eine ringför­ mige Verlängerung 100 vorgesehen ist. Auf diese Weise ent­ steht ein zusätzlicher Zylinderraum 101, der von den Flächen 95 und 99 des beweglichen Flansches 13, dem Innenring 74 und der Verlängerung 100 des Flansches 13 umschlossen ist. Die­ ser Zylinderraum 101 ist über einen Kanal 102 und eine Boh­ rung 93 an eine Hydraulik (nicht dargestellt) angeschlossen. Bei Druckbeaufschlagung der Zylinderräume 91 und 101 ver­ schiebt sich der bewegliche Flansch 13 in Richtung auf den festen Flansch 14. Damit ergeben sich höhere Betätigungs­ kräfte. Die Ringwand 74 ist mit Dichtungen 96 gegenüber der Verlängerung 100 und der Nabe 64 abgedichtet. Auch können für die Bohrung 71 in der Ringwand 65 Dichtungen vorgesehen sein, um Druckmittelleckage zwischen Bohrung und Hülse 81 zu vermindern. Wie vorstehend bereits erläutert, ist der Flansch 13 nicht am Ring 74, der Verlängerungswand 73 oder der Ringwand 65 abgestützt. Die Abstützung erfolgt vielmehr durch die Führungen 80.

Claims (6)

1. Stufenloses Getriebe zur Übertragung von Drehmo­ ment von einer Antriebswelle (21) zu einer Abtriebswelle (22) in stufenlosen Übersetzungsverhältnissen mit einem Riemen, der eine auf der Antriebswelle sitzende einstellbare Scheibe (10) und eine auf der Abtriebswelle (22) sitzende zweite Scheibe (11) umschlingt, wobei beide Scheiben aus je einer fest mit der Welle verbundenen Scheibenhälfte (14, 16) und einer auf der Welle verschiebbaren, hydraulisch betätig­ ten Scheibenhälfte (13, 15) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß an der Welle eine Ringscheibe (72) mit einer sich axial erstreckenden Verlängerungswand (73) befestigt ist, daß an der beweglichen Scheibenhälfte (13, 15) eine Ringwand (65) befestigt ist, die abdichtend in die Verlängerungswand (73) eingesetzt ist, und daß mindestens eine Führung (80) an der Ringscheibe (72) befestigt ist, die sich durch jeweils eine Bohrung (71) der Ringwand (64) erstrecken, wobei die be­ wegliche Scheibenhälfte (13, 15) drehfest mit der Welle verbunden, jedoch gegenüber der Welle axial verschiebbar ist.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Abstand von der Ringwand (72) am Ende der Ver­ längerungswand (73) ein Innenring (74) vorgesehen ist und die Führungen (80) den Innenring (74) mit der Ringscheibe (72) verspannen.

3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Führungen aus einem Befestigungsbolzen (85) und einer Hülse (81) besteht, die als Abstandshülse zwischen den Innenseiten der Ringscheibe und des Innenrings eingesetzt ist.

4. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Ringscheibe (72), der Ver­ längerungswand (73) der Welle und der Ringwand (65) gebil­ dete Zylinderraum (91) an eine Hydraulik angeschlossen ist.

5. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringwand (65) auf einer Verlänge­ rungsnabe (64) der beweglichen Scheibenhälfte befestigt ist.

6. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Scheibenhälfte ebenfalls eine sich axial erstreckende ringförmige Verlängerungswand (100) aufweist, der Innenring (74) abdichtend (96) an der Innenseite der Verlängerungswand (100) und der Außenseite der Nabe (64) geführt ist und von den Flächen (95, 99) der beweglichen Scheibenhälfte, der Verlängerungswand (100) und der Stirnseite des Innenrings (74) ein weiterer Zylinderraum (101) gebildet ist, der an eine Hydraulik angeschlossen ist.