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Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
stufenlose Getriebe. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere
stufenlose Doppelgetriebe mit zwei Antrieben, die zum Übertragen
von Drehmoment von Antriebswellen auf Abtriebswellen in Slave-Beziehung
miteinander verbunden sind, wie dies aus der DE-C-906395 bekannt
ist, die die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 zeigt.
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Verwandte Technik
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Stufenlose Getriebe ("CVTs") sind ein Getriebetyp,
der Drehmoment von einer Antriebswelle auf eine Abtriebswelle übertragen
kann. Das CVT ermöglicht
Drehzahländerungen
innerhalb des Getriebes, während
die Eingangsdrehzahl auf einem im Wesentlichen konstanten Wert bleibt.
Somit handelt es sich beim CVT um ein Getriebe, das Eingangsdrehzahlen
in Ausgangsdrehzahlen umwandeln kann, die innerhalb eines bestimmten
Bereiches stufenlos variabel sind. Solche Getriebe wurden in letzter
Zeit in der Kfz-Industrie zum Übertragen
von Drehmoment zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle
eines Fahrzeugs mit einem Motor mit niedriger PS-Zahl eingesetzt.
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Der am weitesten verbreitete CVT-Antrieb
für Kraftfahrzeuge
verwendet einen segmentierten Stahlkeilriemen, der mit axial beweglichen
Stahlriemenscheiben arbeitet, die eine radiale Riemenbewegung entlang
der konischen Riemenscheibenflächen bewirken,
um das Drehzahlverhältnis
zwischen der angetriebenen Welle und der Abtriebswelle zu ändern, gewöhnlich durch
eine Kombination von Federn und hydraulisch erzeugter Kraft. Solche
Riemen arbeiten durch Übertragen
des Drehmoments von einer Abtriebswelle über eine Einzeleingangs-Riemenscheibe
auf eine Einzelausgangs-Riemenscheibe und schließlich auf eine Abtriebswelle.
Antriebe dieser Art waren erfolgreich und werden derzeit, wie oben
erwähnt,
im Handel im unteren Kfz-Leistungsbereich produziert.
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Die funktionellen Qualitäten von
CVT-Antrieben – einschließlich ihrer
Mängel – sind in
der Kfz-Industrie bekannt. Es wird in der Kraftfahrzeugindustrie ständig Forschungs-
und Entwicklungsaufwand betrieben, um die Fähigkeiten des Riemen- und Riemenscheibengrundkonzepts
aufgrund der erkannten Vorteile auszuweiten, die gegenüber herkömmlicheren,
heute in Produktion befindlichen Getrieben realisiert werden können.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Zu den Mängeln einiger bekannter CVT-Antriebe
gehören
Betriebseinschränkungen
im oberen Leistungsbereich, und die Lösung dieser Einschränkungen
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Somit wurde die vorliegende
Erfindung darauf ausgelegt, höhere PS-Zahlen über Einriemen-CVT-Systeme
zu handhaben. Insbesondere wurde ein Zweiriemen-CVT-System geschaffen.
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Die Erzeugung eines Zweiriemen-CVT-Systems
brachte jedoch andere Nachteile mit sich. Zu diesen Nachteilen gehörten die
Verkomplizierung des Systemaufbaus und die Zunahme von Größe und Kosten
sowie der Verlust an Kraftmaschinenenergie aufgrund von Aneinanderrubbeln
der Riemen. Zu Riemenrubbeln kommt es beispielsweise dann, wenn
ein Doppelantriebssystem nicht synchron arbeitet. Die Schwierigkeit
wird noch verschärft,
wenn ein solches System stufenlos und automatisch gesteuert sein
muss, wie dies in einer Kraftfahrzeug-Anwendung der Fall ist.
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Die vorliegende Erfindung beinhaltet
somit das Koppeln von zwei CVT-Riemensystemen,
die parallel arbeiten. Somit absorbiert jedes der CVT-Riemensysteme
die Hälfte
des Eingangsdrehmomentes der Antriebswelle und überträgt es auf die Abtriebswelle.
Die Drehmomentübertragung
erfolgt in der vorliegenden Erfindung mit sehr geringem Leistungsverlust
aufgrund einer vorteilhaften Kopplung von Komponenten und einem
synchronen Antrieb der Riemensysteme. Ähnlich wie bei einigen im Gebrauch
befindlichen Einriemensystemen, ändert die
vorliegende Erfindung die Riemenscheibenverhältnisse durch ein selektives
Unterdrucksetzen der Riemenscheiben. Jede Riemenscheibe beinhaltet insbesondere
einen vorgespannten Teil, der, wenn er unter Druck gesetzt wird,
den wirksamen Durchmesser der Riemenscheibe verändert.
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Da zwei parallele stufenlose Antriebe,
die auf gemeinsamen Wellen positioniert sind, in einer Massenproduktionsumgebung
nicht unbedingt synchron arbeiten, können drei zusätzliche
Elemente allein oder gemeinsam eingesetzt werden, um die notwendige
Kompatibilität
ohne zu starke Energieverluste oder eine zu starke Verkomplizierung
zu erzielen. Ein solches Element ist eine Vorrichtung, hydraulisch oder
mechanisch, um die Positionen der beweglichen Hälften der Antriebsriemenscheiben
präzise und
synchron zu steuern, um einen gleichmäßigen Betriebsradius oder wirksamen
Durchmesser der Riemen auf den Riemenscheiben während des Beaufschlagens des
Hydraulikdrucks zu halten, um das Verhältnis zwischen Weggrenzen zu ändern oder
zu halten. Ein weiteres Element ist eine genaue Regelung der Riemenscheibenkerbenbreite
mittels genauer axialer Teilemaße,
wo die Riemenscheiben an Anschlägen
an den Weggrenzen ankommen, und Positionieren jedes Riemens auf
gleiche Betriebsradien oder wirksame Durchmesser sowohl im höchsten Gang
(Reisegeschwindigkeit) als auch im niedrigsten Gang, d. h. den Positionen,
in denen das CVT hauptsächlich
arbeitet. Das dritte Element beinhaltet ein Differentialgetriebe
mit sehr niedriger Friktionsleistung. Das Differential wird vorzugsweise
zwischen den beiden angetriebenen Riemenscheiben auf der Abtriebswelle
installiert. Dieses dritte Element gleicht Differenzen der Ausgangsdrehzahl
der Abtriebsriemenscheibe unabhängig
von der Implementation der obigen beiden Elemente aus. Das Differential
akzeptiert somit das Drehmoment jeder Riemenscheibe separat, auch
wenn es eine Drehzahldisparität
gibt, und wendet dieses Drehmoment durch die so genannten Planetenräder des
Differentials mit minimalem Energieverlust auf das Abtriebszahnrad
oder Kettenrad an.
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Es ist demgemäß eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein CVT-System in einer kompakten Anordnung bereitzustellen
Das System soll in der Lage sein, höhere PS-Zahlen zu handhaben,
und soll mechanisch mit konventionellen Materialien und Prozessen
zu sinnvollen Kosten produzierbar sein. Die vorliegende Erfindung
wurde somit in einer generischen Form entwickelt, die sich leicht
an eine bestimmte Anwendung anpassen lässt. Es ist jedoch vorgesehen,
dass die vorliegende Erfindung besonders beispielsweise in der Kraftfahrzeugindustrie
Anwendung findet.
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Ein Doppelriemen- und -riemenscheibensystem,
das gemäß der vorliegenden
Erfindung angeordnet und konfiguriert ist, wird von einer Person,
die mit dem weithin eingesetzten Einzelsystem vertraut ist, leicht
verstanden. Es ist ersichtlich, dass das vorliegende System, das
eine einzigartige, kompakte, mechanische Anordnung der Elemente
aufweist, die für
einen ordnungsgemäßen Betrieb
Seite an Seite notwendig ist, die Verdoppelung der Drehmomentkapazität eines
solchen Einzelsystems sehr einfach möglich macht. Die Anwendung
dieses praktischen Konzepts erfordert heute keine hochmoderne Entwicklung
des Einzelriemen- und -riemenscheibendesigns an sich, sondern ihre
Fähigkeit
kann unabhängig
davon, welche Fortschritte in der Zukunft gemacht werden, ebenfalls
verdoppelt werden. Es ist auch zu bemerken, dass die Antriebswelle,
wie hierin erläutert,
ohne über
Installationsüberlegungen
zur Unterbringung hinaus gehende Modifikationen zur angetriebenen
Welle werden kann.
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Demgemäß beinhaltet die vorliegende
Erfindung ein stufenloses Getriebe, umfassend eine Welle, die zwei
Riemenscheiben trägt,
wobei die genannten beiden Riemenscheiben jeweils einen festen Scheibenabschnitt
und einen beweglichen Scheibenabschnitt umfassen, so dass eine axiale
Bewegung des genannten beweglichen Scheibenabschnitts entlang der
genannten Welle relativ zu dem genannten festen Scheibenabschnitt
einen wirksamen Durchmesser der genannten Riemenscheibe verändert, wobei
sich die genannten beweglichen Scheibenabschnitte der genannten
beiden Riemenscheiben entlang der genannten Welle zwischen den genannten festen
Scheibenabschnitten der genannten beiden Riemenscheiben befinden,
und ein Synchronisierelement, das die genannten beiden beweglichen
Scheibenabschnitte verbindet, so dass die wirksamen Durchmesser
der genannten beiden Riemenscheiben von dem genannten Synchronisierelement
im Wesentlichen gleich gehalten werden, wobei das genannte Synchronisierelement
schwenkbar an der genannten Welle befestigt ist.
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Das Synchronisierelement kann zwei
Träger umfassen.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist
wenigstens ein Abschnitt des genannten beweglichen Scheibenabschnitts
axial zwischen wenigstens einem Abschnitt des genannten festen Abschnitts und
der genannten Antriebswelle beweglich und kann dynamisch mit einer
Mehrzahl von Kugeln darauf aufgekeilt werden, die in einem im Wesentlichen zylindrischen,
zwischen dem genannten beweglichen Scheibenabschnit und der genannten
Antriebswelle ausgebildeten Laufring positioniert sind.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung
umfasst das Getriebe ferner einen Kolben, der mit dem genannten
beweglichen Scheibenabschnitt verbunden ist, wobei sich der genannte
feste Scheibenabschnitt zwischen dem genannten Kolben und dem genannten
beweglichen Scheibenabschnitt befindet, eine Kammer, die wenigstens
teilweise von dem genannten festen Scheibenabschnitt und dem genannten
Kolben definiert wird, wobei eine axiale Bewegung des genannten
beweglichen Scheibenabschnitts relativ zu dem genannten festen Scheibenabschnitt
wenigstens teilweise durch einen Druck in der genannten Kammer geregelt
wird.
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Das Getriebe umfasst ferner vorzugsweise eine
Abtriebswelle, wobei zwei Abtriebsriemenscheiben drehbar auf der
genannten Abtriebswelle gelagert sind und ein Paar Riemen die genannten
beiden Abtriebsriemenscheiben mit den genannten beiden Antriebsriemenscheiben
und einem zwischen den beiden genannten Abtriebsriemenscheiben positionierten
Differential verbindet.
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Die beiden Abtriebsriemenscheiben
können jeweils
eine feste Riemenscheibenhälfte
umfassen, wobei das genannte Differential mit den genannten beiden
festen Riemenscheibenhälften
verbunden ist und eine Ausgangskraft des genannten Differentials durch
einen Kettenantrieb übertragen
werden kann. Die Antriebs- und Abtriebswellen können jeweils eine Durchflussleitung
für Hydraulikflüssigkeiten
bilden, und die Riemenscheiben können
hydraulisch betätigt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Diese und weitere Merkmale, Aspekte,
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug
auf Zeichnungen einer bevarzugten Ausgestaltung des vorliegenden
stufenlosen Getriebes beschrieben, wobei diese Ausgestaltung lediglich
zur Illustration gedacht ist und die Erfindung nicht begrenzen soll.
Dabei zeigt:
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1 eine
Querschnittsansicht eines stufenlosen Getriebes durch eine Mittellinie
einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle, wobei das Getriebe
in einer Position beim Start, d. h. in einem niedrigen Gang ist;
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2 eine
Querschnittsansicht des stufenlosen Getriebes ähnlich der von 1, wobei sich das Getriebe in einem hohen
Gang (Reisegeschwindigkeit) befindet;
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3 eine
vergrößerte Ansicht
eines mechanischen Gestänges,
das so konfiguriert und angeordnet ist, dass es einen Hub von beweglichen Hälften eines
Paares von Antriebsriemenscheiben wie in 1 illustriert steuert;
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4 eine
Querschnittsansicht des mechanischen Gestänges von 3 durch die Linie 4-4;
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5 eine
Querschnittsansicht einer Seite des mechanischen Gestänges durch
die Linie 5-5 in 4,
die die Anbringung des mechanischen Gestänges an der Antriebswelle mit
einem Blick im Winkel von 90° von
der Antriebswellenachse zeigt;
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6 eine
Querschnittsansicht des Getriebes von 1 entlang
der Linie 6-6 in 2,
die ein Verfahren zum Verklemmen einer stationären Antriebsriemenscheibenhälfte zeigt,
die auf die Antriebswelle aufgekeilt ist;
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7 eine
Querschnittsansicht einer Positionsbeziehung eines Satzes von Kugelkeilbahn-Laufringen
relativ zueinander und relativ zu einem Satz von Schraubenbolzen,
die eine gefederte Hülse
an einer beweglichen Hälfte
der Antriebsriemenscheibe befestigen;
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8 eine
Endansicht eines Getriebegehäuses;
und
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9 eine
Schnittansicht des Getriebes von 1 entlang
der Linie 9-9 in 2,
die den Satz von Schraubenbolzen, die die gefederte Hülse an der beweglichen
Hälfte
der Antriebsriemenscheibe befestigen, und die Position der Bolzen
in dem Satz von Schlitzen zeigt, die in der stationären Riemenscheibenhälfte ausgebildet
sind, um eine axiale Bewegung zuzulassen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN
ERFINDUNG
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1 illustriert
ein stufenloses Getriebe, das gemäß der vorliegenden Erfindung
konfiguriert und angeordnet ist. Das allgemein mit der Bezugsziffer 8 bezeichnete
Getriebe hat besonderen Nutzen in der Kraftfahrzeugindustrie. Spezieller
ausgedrückt
wird das vorliegende Getriebe 8 insbesondere zum Übertragen
von Drehmoment von einer Abtriebswelle eines Motors auf eine Antriebswelle
in Anwendungen mit Motoren angewendet, die in höheren PS-Bereichen arbeiten.
Die vorliegende Erfindung kann natürlich auch in einer breiten
Palette anderer Anwendungen eingesetzt werden, die für die durchschnittliche Fachperson
nach einem Studium der vorliegenden Offenbarung offensichtlich sein
werden Weiter bezugnehmend auf 1,
das illustrierte Getriebe umfasst allgemein ein Paar Antriebsriemenscheiben 10. Die
Antriebsriemenscheiben 10 sind auf einer Antriebswelle 12 montiert
und mit einem festen Abschnitt 11 und einem beweglichen
Abschnitt 13 konfiguriert. Wie die durchschnittliche Fachperson
erkennen wird, treibt jede der Antriebsriemenscheiben 10 einen
Riemen 14 an Jeder Riemen 14 treibt wiederum eine
entsprechende angetriebene Riemenscheibe 36 an. Somit wird
das Drehmoment von den Antriebsriemenscheihen 10 von den
angetriebenen Riemenschein 36 über die Riemen 14 auf
eine Abtriebswelle oder eine angetriebene Welle 44 übertragen
Sowohl der Antrieb 12 als auch die angetriebene Welle 44 sind
hohl dargestellt und können
bei Bedarf koaxiale Antriebsmittel aufnehmen. Die Riemen sind vorzugsweise
von einem im Handel erhältlichen
Typ mit Stahlsegmenten.
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Gemäß 1 sind die festen Riemenscheibenhälften 11 der
Antriebsriemenscheiben 10 vorzugsweise auf den Außenseiten
des Getriebes 8 positionieri, so dass die beweglichen Riemenscheibenhälften 13 sich
zwischen den beiden festen Riemenscheibenhälften 11 befinden.
Ferner sind die festen Riemenscheibenhälften 11 vorzugsweise
drehbar auf der Welle 12 aufgekeilt und darüber hinaus
auf die Welle aufgepresst. Mit einer solchen Montageanordnung sind
die festen Riemenscheöenhälften 11 vorieilhafterweise
für eine
gekoppelte Drehbewegung an der Welle 12 befestigt, während die
Montageanordnung die axiale Beweglichkeit der Riemenscheibenhälften 11 relativ
zur Welle 12 begrenzt. In dem illustrierien Getriebe 8 werden
die festen Riemenscheibenhälften 11 vorzugsweise
erhitzt und im Presssitz auf der Welle 12 montieri. Außerdem wird,
wie in 6 gezeigt, vorzugsweise
ein Woodruff Keil 15 eingesetzt, um die Kopplung zwischen
Welle 12 und Nabe 11a der festen Riemenscheibenhälften 11 zu verstärken. Natürlich werden
für die
durchschnittliche Fachperson weitere Montageanordnungen offensichtlich
sein.
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Wieder Bezug nehmend auf 1, jede bewegliche Riemenscheibenhälfte 13 ist
vorzugsweise gleitend auf die Welle 12 mit einem Satz Keilkugeln 30 aufgekeilt,
die sich in einem entsprechenden Satz von entlang der Welle 12 ausgebildeten
axialen Kugellaufringen 32 befinden, deren Interaktion
nachfolgend ausführlich
beschrieben wird. Die beweglichen Riemenscheibenhälften 13 haben
Naben 13b, die im Allgemeinen so konfigurieri sind, dass
sie entlang der Welle 12 in eine Tasche gleiten, die in
einem Abschnitt der festen Riemenscheibenhälften 11 (d. h. innerhalb
der Riemenschebennnabe 11b) ausgebildet ist. Es ist klar,
dass die bewegliche Riemenscheibennabe 13b so dimensionieri
ist, dass sie Kontakt mit einer Fläche der in der festen Riemenscheibennabe 11b ausgebildeten
Tasche erhält
(siehe 2). Auf diese
Weise bilden die Fläche
der Tasche und das Ende der beweglichen Riemenscheibennabe 13b einen
formschlüssigen
Anschlag für
die Bewegung der beweglichen Riemenscheibe 13 in Richtung
auf die feste Riemenscheibe 11.
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Eine Dichtung 17 befindet
sich in der Nähe eines
Scheibenabschnitts jeder beweglichen Riemenscheibenhälfte 13.
Die Dichtungen 17 dichten vorieilhafterweise die Grenzfläche zwischen
der Welle 12 und jeder beweglichen Riemenscheibenhälfte 13 im
Wesentlichen ab. Eine Dichtung 19 befindet sich auch in
der Nähe
eines Scheibenabschnitts jeder festen Riemenscheibenhälfte 11.
Diese Dichtungen 19 dichten vorieilhafterweise die Gleitgrenzfläche zwischen
den beiden Riemenscheibenhälften 11, 13 im
Wesentlichen ab. Wie die durchschnittliche Fachperson erkennen wird,
können
die Dichtungen 17, 19 das Auslaufen von zum Erzeugen
von Hydraulikdruck verwendetem Fluid reduzieren, das verwendet wird,
um eine relative Positionierung zwischen den Riemenscheibenhälften 11, 13 wenigstens
teilweise zu regeln.
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Weiter mit Bezug auf 1, ein Kolben 20 und eine Hülse 22 sind
gleitend mit jeder illustrierien festen Riemenscheibenhälfte 11 verbunden.
Während
die Kolben 20 und Hülsen 22 unabhängig voneinander
in dem illustrierien Getriebe 8 ausgebildet sind, können die
beiden Komponenten auch aus einem einzelnen Element gebildet sein.
Die illustrierien Kolben 20 und Hülsen 22 sind vorzugsweise
für eine axiale
Bewegung relativ zur Antriebswelle 12 an den beweglichen
Riemenscheibenhälften
befestigt. Bei einem Vergleich der 1 und 2 tritt zutage, dass in einigen
Ausgestaltungen die Hülsen 22 formschlüssige Anschläge mit der
Rückseite 11c der
festen Riemenscheibenhälften 11 bilden
können,
so dass eine Bewegung der beweglichen Riemenscheibenhälften 13 in
einer Richtung von den festen Riemenscheibenhälften 11 weg begrenzt
werden kann.
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Wie oben erwähnt, werden die Kolben 20 und
Hülsen 22 vorzugsweise
an den beweglichen Riemenscheibenhälften 13 befestigt.
Die illustrierien Kolben 20 sind mit den Hülsen 22 mit
Sprengringen 21 befestigt. Eine Feder 16, die
mit einer Innenfläche des Kolbens 20 in
Kontakt ist, fixieri in Zusammenwirkung mit den Sprengringen 21 eine
relative Positionierung der Kolben 20 und Hülsen 22.
Die Federlast liegt an den Rückseiten 11c der
festen Riemenscheibenhälften 11 an
und drückt
die Kolben 20 von den Rückseiten 11c weg.
Eine Dichtung 23 befindet sich vorzugsweise zwischen jeder
Hülse 22 und
jeder festen Nabe 11b. Darüber hinaus werden die hydraulisch
betätigten
Kolben 20 vorzugsweise mit O-Ringen 25 an den
Zylinderwänden 28 abgedichtet,
die einstöckig
mit den festen Riemenscheiben 11 in dem illustrierten Getriebe
ausgebildet sind. Somit werden die Grenzflächen zwischen den Hülsen 22 und
den festen Naben 11b sowie zwischen den Kolben 20 und der
festen Riemenscheibe 11 im Wesentlichen abgedichtet.
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Gemäß den 1, 7 und 9 sind die Hülsen 22 mit einem
Satz Schraubenbolzen 24, die in einem entsprechenden Satz
Schlitzen 26 in den festen Riemenscheibenhälften-Naben 11b dargestellt
sind, an den beweglichen Riemenscheibenhälften-Naben 13b befestigt.
Die Schraubenbolzen 24 sind in der illustrierten Anordnung
versenkt, um die Gefahr einer Interferenz zwischen Schraubenbolzen 24 und
Feder 16 zu reduzieren. Die beweglichen Riemenscheibenhälften und
die Hülsen 22 sind
vorzugsweise an drei Stellen aneinander befestigt, die einen Abstand
von etwa 120 Grad voneinander um den Umfang der Naben 11b haben.
Wie illustriert, hat diese Anordnung zur Folge, dass die Kolben 20,
die Hülsen 22 und
die beweglichen Riemenscheibenhälften 13 für eine axiale
Bewegung relativ zu den festen Riemenscheibenhälften 11 aneinander
befestigt sind.
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Ebenso können die Schlitze 26 in
einigen Anordnungen so bemessen und konfiguriert sein, dass formschlüssige Anschläge für den zulässigen relativen
axialen Weg entstehen. In 9 ist einer
der Schraubenbolzen 24, der die Hülse 22 mit den beweglichen
Riemenscheibenhälften
der Antriebsriemenscheiben verbindet, in einer Position bei hohem Gang
(d. h. wie in 2 dargestellt).
Beim Übergang in
einen niedrigen Gang (d. h. wie in 1 gezeigt) bewegt
sich der Bolzen 24 zum entgegengesetzten Ende des Schlitzes 26 im
Schaft der festen Riemenscheibenhälfte 11. Die illustrierte
Anordnung bewirkt auch, dass die bewegliche Riemenscheibenhälfte 13 für eine Rotieren
mit der festen Riemenscheibenhälfte 11 relativ
zu einer Rotationsachse der Antriebswelle 12 gekoppelt
ist.
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Die beiden in 1 illustrierten Antriebsriemenscheiben 10 sind
mit Riemen 14 am kleinsten Arbeitsdurchmesser positionieri,
wo die beweglichen Riemenscheibenhälften 13, die auf
der Welle 12 axial beweglich sind, gegen die Kraft der
Federn 16 auseinander gedrückt werden. Wenn man einmal 1 mit 2 vergleicht, 2 zeigt zwei Antriebsriemenscheiben in
einer Position, in der die beweglichen Riemenscheibenhälften 13 und
die festen Riemenscheibenhälften 11 mit
Hydraulikkraft zusammengedrückt
wurden, die in Kolbenkammern 27 (siehe 2) ausgeübt wird, die von den Kolben 20,
den Hülsen 22 und
den festen Riemenscheibenhälften 13 definieri
werden. Insbesondere vergrößeri sich zwangsweise
das Volumen der Kolbenkammer, wenn der Druck in der Kolbenkammer 27 zunimmt. Da
die festen Riemenscheibenhälften 13 relativ
zur Welle fest sind, bewegt sich der verschiebbare Kolben 20 nach
außen
(d. h. von der festen Riemenscheibenhalfte weg). Die Auswärisbewegung
des Kolbens 20 wird durch die Hülse 22 und den Satz Schraubenbolzen 24 auf
die bewegliche Riemenscheibenhälfte 13 überiragen.
Die Auswärisbewegung
zieht somit die beiden Riemenscheibenhälften 11, 13 zusammen.
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Wie oben erwähnt, sind die beweglichen Riemenscheibenhälften 13 vorzugsweise
mittels einer Kugel und einer länglichen
axialen Kugellaufringanordnung dynamisch auf die Antriebswelle 12 aufgekeilt.
Insbesondere werden die allgemein zylindrischen, länglichen,
axialen Kugellaufringe teilweise entlang einer Außenfläche der
Welle 12 und teilweise entlang einer Innenfläche der
Nabe 13b ausgebildet. Wenn also die Außenfläche der Welle 12 und
die Innenfläche
der Nabe 13b zusammengebracht und ordnungsgemäß ausgerichtet
werden, dann entstehen die allgemein zylindrischen, länglichen,
axialen Kugellaufringe 32.
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7 illustrieri
die Umfangsbeziehung der Kugelnuten oder -laufringe 32 und
der Schraubenbolzen 24, die die gefederien Hülsen 22 mit
den beweglichen Riemenscheibenwellen 13b verbinden Zum Erzielen
eines Rotationsausgleichs sowie aus anderen Trägheitsgründen sind die Laufringe vorzugsweise
gleichmäßig um den
Umfang von Welle 12 und Nabe 13b beabstandet angeordnet.
Stärker
bevorzugt wird, wenn drei Laufringe 32 vewendet werden, die
sich jeweils zwischen den drei Befestigungsmitteln 24 und
Schlitzen 26 befinden.
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Gemäß 1 haben die Laufringe 32 eine konische
Konfiguration in Getrieben, die mit kreisförmigen Schneidwerkzeugen (d.
h. Horizontalfräsen usw.)
gebildet werden. Aufgrund der konischen Konfiguration werden die
kreisförmigen
Drahtringe 60 vorzugsweise wie gezeigt in Nuten um beide
Wellen installieri. Die Drahtringe 60 dienen vorzugsweise
als Kugelanschläge,
um zu verhindern, dass sich die Kugeln 30 an den Enden
der konischen Nuten verklemmen. Gemäß Illustration werden vorzugsweise
wenigstens drei Kugeln verwendet; es können jedoch, je nach der radialen
und torsionalen Belastung der Welle, auch mehr oder weniger Kugeln
verwendet werden. Die Länge
der Laufringe 32 oder die Positionierung der Drahtringe 60 kann
vorzugsweise entsprechend justieri werden.
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Gemäß den 1 und 3 bewirkt
ein Gelenkmechanismus oder Element 34, der/das vorzugsweise
zwischen den beiden beweglichen Riemenscheibenhälften 13 verläuft, eine
im Wesentlichen gleiche und allgemein synchrone relative Bewegung
der Riemenscheibenflächen 11, 13 zwischen
den Wegenden. Gemäß den 3 und 5 umfasst das illustrierie Gelenkelement 34 im
Allgemeinen ein Paar Träger 62,
die verschieblich in ein entsprechendes Paar Querstücke 64 eingeführt werden
Die Querstücke 64 werden
vorzugsweise durch rechteckige Ankerstücke 66 geführi, die
mit Schraubenbolzen 67 an Innenflächen 69 der beweglichen
Riemenscheibenhälften 13 geschraubt
werden. Die Querstücke 64 können um
eine Rotationsachse A rotieren, so dass die Träger 62 um eine durch
einen mittleren Schraubenbolzen 68 definierie Schwenkachse
P schwenken können.
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Der illustrierie mittlere Schraubenbolzen
wird fest auf die Antriebswelle 12 aufgeschraubt und positionieri
ein Lager 70, um das die Träger schwenken, wenn sich die
Riemenscheibenhälften 13 axial
entlang der Antriebswelle 12 bewegen. Das Lager ist zwar
vorzugsweise ein Rollenlager, es kann aber jede beliebige Lagerkonfiguration
wie Kegel-, Kugel- und Nadellager eingesetzt werden Das Lager 70 kann
darüber
hinaus durch eine Buchse ersetzt werden. Die Buchse sollte aus einem
abriebfreien Material wie Messing oder Kunststoff bestehen.
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Gemäß 5 befestigt das Lager 70 den Gelenkträger 62 vorzugsweise
mit einem Ansatz. Wie illustrieri, wird das Lager 70 vorzugsweise
mit einer Sperrzunge 71 befestigt. Die Sperrzunge 71 hat einen
kurzen Schenkel 73, der in einen flachen Schlitz 75 eingeführi wird.
Nach dem Festziehen des Schraubenbolzens 68 wird eine Ecke 77 der
Sperrzunge 71 gegen den Schraubenbolzen 68 nach
oben gebogen, um diesen gegen eine unerwünschte Rotation zu sichern.
Es können
natürlich
auch andere geeignete Montageanordnungen für den Gelenkträger und
die Lagerbaugruppe verwendet werden.
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Gemäß den 1 und 2 lassen
die Träger 62,
wenn sich die beweglichen Riemenscheibenhälften 13 in eine im
Wesentlichen geschlossene Position bewegen (wie in 2 gezeigt), nur eine im Wesentlichen
gleiche Bewegung jeder Riemenscheibenhälfte relativ zur Schwenkachse
P zu. Wenn sich die beweglichen Riemenscheibenhälften 13 in eine im Wesentlichen
offene Position bewegen (wie in 1 gezeigt),
dann lassen die Träger 62 wiederum
nur eine im Wesentlichen gleiche Bewegung jeder Riemenscheibenhälfte 13 relativ
zur Schwenkachse P zu. Außerdem
sind die beiden Riemenscheibenhälften,
weil die Träger 62 sowohl
mit der Welle 12 als auch mit den Innenflächen 69 der
Riemenscheibenhälften 13 verbunden
sind, für
eine im Wesentlichen synchrone Drehbewegung um eine Antriebswellenrotationsachse
gekoppelt.
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Wieder bezugnehmend auf 1, das Paar angetriebener
Riemenscheiben 36 wird von einer Abtriebswelle 44 getragen.
Wie oben erörieri,
erhalten die angetriebenen Riemenscheiben 36 Drehmoment von
den Antriebsriemenscheiben 10 durch den Antriebsriemen 14. Ähnlich wie
die Antriebsriemenscheiben 10, umfassen die angetriebenen
Riemenscheiben im Allgemeinen bewegliche Riemenscheibenhälften 38 und
feste Riemenschebenhälften 40. Die
festen Riemenscheibenhälften 40 der
illustrierien angetriebenen Riemenscheiben 36 sind vorzugsweise
als Innenhälften
positionieri. Diese relative Positionierung ist wünschensweri,
um es zuzulassen, dass der Riemen 14 die Spur zwischen
den beiden Riemenscheiben 10, 36 besser hält. Außerdem sind
die festen Riemenscheibenhälften 40,
weil die beweglichen Abschnitte 13 der Antriebsriemenscheibe 10 auf
der Innenseite für
einen effizienten Slave-Betrieb positionieri sind, besser auf der
Innenseite an der angetriebenen Riemenscheibe 36 angeordnet.
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Weiter bezugnehmend auf 1, die festen Riemenscheibenhälften 40 werden
von der Welle 44 getragen. Die festen Riemenscheibenhälften 40 werden
jedoch vorzugsweise nicht aufgekeilt, kerbverzahnt oder auf andere
Weise an der Welle 44 befestigt, so dass die Riemenscheibenhälften 40 ohne
externe Verbindung mit der Welle rotieren müssen. Die Riemenscheibenhälften 40 können zwar
in einigen Anwendungen für
eine Rotation mit der Welle fixieri sein, aber das vorliegende Getriebe 8 hat
ein Differential 41, das nachfolgend beschrieben wird,
um die Rotation der Riemenscheiben 36 auf die angetriebene
Welle 44 zu überiragen.
Die festen Riemenscheibenhälften 40 und
Naben 40b sind auch vorzugsweise nicht axial auf der Abtriebswelle 44 beweglich
und werden von einem Nadeldrucklager 46 an einer Bewegung
an den äußeren Enden
gehinderi. Die Drucklager absorbieren auch axiale Gegendrücke entlang der
Welle 44, die von Komponenten des Differentials 41 erzeugt
werden können.
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Die beweglichen Riemenscheibenhälften 38 und
die festen Riemenscheibenhälften 40 jeder
angetriebenen Riemenscheibe 36 sind vorzugsweise verschieblich
miteinander verkeilt. Wie oben erörieri, erfolgt dieses dynamische
Torsionskoppeln oder Aufkeilen mit den Kugeln 30, die in
axialen Kugellaufringen 42 positionieri sind. In den angetriebenen
Riemenscheiben 36 werden die Kugeln 30 und Laufringe 42 vorzugsweise
zwischen einer Außenfläche der
erweiterien Naben 40b der festen Riemenscheibenhälften 40 und
einer Innenfläche
der Naben 38b der beweglichen Riemenscheibenhälften 38 ausgebildet. Ebenso
befindet sich ein Nadellager 43 vorzugsweise zwischen der
Welle 44 und der Nabe 40b jeder festen Riemenscheibenhälfte 40.
Stärker
bevorzugt wird, dass sich das Nadellager 43 in der Nähe der Belastungsposition
entlang der Welle befindet, und diese Belastungsposition ist der
Punkt, an dem der Riemen 14 an der Welle 44 in
einer Richtung allgemein normal zur Achse der Wellenrotation zieht.
Darüber
hinaus befinden sich, wie bei den Antriebsriemenscheiben 10,
Dichtungen 47 vorzugsweise zwischen Komponenten, die axial
relativ zueinander beweglich sind (d. h. die bewegliche Riemenscheibenhälfte 38
und die feste Riemenscheibenhälfte 40).
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Gemäß den 1 und 2 bildet
der Kolben 20 der angetriebenen Riemenscheibe 36 vorzugsweise die
Kolbenkammer 27, ohne dass eine Kolbenhülse 22 notwendig wäre. Der
Grund hierfür
ist, dass sich der Kolben 20 der angetriebenen Riemenscheibe 36 relativ
zu einer Nabe nicht translational verschiebt. Stattdessen werden
die beweglichen Riemenscheibenhälften 38 durch
Druckveränderungen
in den Kolbenkammern 27 bewegt. Ebenso befinden sich, wie oben
erörieri,
die Federn 16 in den Kolbenkammern 27 der angetriebenen
Riemenscheiben 36.
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2 illustrieri,
an der angetriebenen oder Abtriebswelle 44, die angetriebenen
Riemenscheiben 36 mit den Riemen 14 mit einem
vergrößerien Arbeitsdurchmesser.
Der vergrößerie Durchmesser entsteht
dann, wenn die beweglichen Riemenscheibenhälften 38, die axial
auf der Welle 44 beweglich sind, von den Federn 16 und
dem verringerien Hydraulikdruck in den Kolbenkammern 27 einwäris gedrückt wurden.
Wie die durchschnittliche Fachperson erkennen wird, steuern der
Kolbenkammerdruck der angetriebenen Riemenscheibe und der Kolbenkammerdruck
der Antriebsriemenscheibe die Bewegung der Riemenscheiben zusammen,
weil sich der Riemen idealerweise nicht stark dehnt; diese unausgeglichene
Kraft veränderi
jedoch gewöhnlich
die Riemenposition (d. h. entlang der relativen Durchmesser), während die
Wellen rotieren.
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An den angetriebenen Riemenscheiben 38 hat
jede feste Riemenscheibenhälfte 40 ein
Kegekad 48 auf ihrer Nabe 40b. Die Kegelräder 48 sind
vorzugsweise zentral um die Abtriebswelle 44 positionieri
und bilden einen Abschnitt des Differentials 41. Somit
sind die Kegekäder 48 vorzugsweise
einander zugewandt und kämmen
mit zusätzlichen
Kegelrädern 50,
die zuweilen Planetenräder
genannt werden. Die Planetenräder 50 rotieren
auf Wellenstümpfen 51,
die vorzugsweise integraler Bestandteil eines Zahnradnaben- oder
Kettenradverbinders mit der Abtriebs- oder angetriebenen Welle 44 sind.
Während des
Betriebs des Getriebes 8 wird die Abtriebswelle 44 von
den beiden an den Planetenrädern 50 anliegenden
Kegelrädern 48 der
Riemenscheibenbaugruppe angetrieben. Wenn es Drehzahldifferenzen zwischen
den angetriebenen Riemenscheibenbaugruppen gibt, dann rotieren die
Planetenräder 50 auf den
Wellenstümpfen 51,
um die unterschiedlichen Drehzahlen aufzunehmen, während das
Differential 41 das Abtriebsdrehmoment von jeder weiter
auf die Abtriebswelle 44 überiragt. Bei Bedarf kann eine
Ausgangskraft von dem anderen Zahnrad- oder Kettenantrieb 54 genommen
werden, das teilweise an der angetriebenen Welle in derselben Ebene
angebracht dargestellt ist wie die Planetenräder. Um Leistungsverluste während des Überiragens
von Drehmoment mit ungleichen Riemenscheibendrehzahlen minimal zu
halten, können
Druck- und Radialnadellager, wie die gezeigten, an Belastungspunkten
in das Differential eingebaut werden.
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Die an beiden Wellenbaugruppen gezeigten Kolben,
Zylinder und Federn sind im Hinblick auf Größe und Betrieb im Wesentlichen
gleich. Die Federn spannen die beweglichen Riemenscheibenhälften vor,
um den Riemenspalt zu schließen,
und die hydraulisch betätigten
Kolben tragen zur Federkraft bei, wenn sie selektiv unter Druck
gesetzt werden. So zeigt beispielsweise 1 die Einheit bei niedrigem Gang oder
im Startmodus, und bei Rotation erfasst das hydraulische Steuersystem
(nicht Teil der vorliegenden Erfindung) irgendwann die Notwendigkeit, die
Position des Riemens 14 an den Riemenschein auf ein Zwischenverhältnis zu ändern, während das Fahrzeug
aus dem Stillstand beschleunigt. Dann wird ein höherer Hydraulikdruck an der
Antriebswelle 12 auf die Kolbenkammern 27 aufgebracht
als an den Kolbenkammern 27 der angetriebenen Welle 44 (Mündungen
nicht dargestellt). Wenn genügend Druckdifferential
vorhanden ist, dann beginnt der Riemenspalt auf der Antriebsseite
zu schließen,
und die Riemen steigen an den Flächen
bis auf einen größeren Betriebsradius
an. Da sich die Riemen nicht dehnen können, werden sie tiefer in
die Spalten der angetriebenen Riemenscheiben 36 gezogen,
so dass sich die Spalten verbreitern und die Federn 16 zusammendrücken zu
müssen.
Wenn der höheee Druck
am Ende der Antriebswelle 12 foridaueri, dann erreicht
das Antriebsverhältnis
seinen höchsten Punkt
für die
Reisegeschwindigkeit, wie in 2 dargestellt
ist. Um das Verhältnis
zurück
in die Position für
niedrigen Gang oder zum Starien zu bringen, wird der höhere Druck
auf die Zylinder 18 an der angetriebenen Welle 44 aufgebracht,
um die Prozedur umzukehren, oder er kann irgendwo dazwischen modulieri werden,
indem der Hydraulikdruck zu den Zylindern selektiv geänderi wird.
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Hydrauliksteuerdruck tritt vorzugsweise
von einer nicht dargestellten Quelle in jedes Welleninnere durch
die an jeder Welle gezeigten Anschlüsse und mechanischen Wellendichtungen
ein und tritt in die Zylinder ein und verlässt dieselben durch die vorhandenen Öffnungen.
Vorieilhafterweise kann in der Weise, in der die Baugruppe dargestellt
ist, etwas Hydraulikflüssigkeit
durch die Verbindungen und entlang der Wellen austreten, und diese
austretende Flüssigkeit
soll Lager und Gleitbahnen völlig
geschmieri halten. Es ist jedoch vorgesehen, dass bei Bedarf auch
eine weitere partielle Dichtung erfolgen kann.
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8 zeigt
das Getriebe 8 nach der Installation im Gehäuse 22 mit
Blick von der Abtriebswelle 44. Das dargestellte Gehäuse 22 ist
für das
illustrierte Getriebe 8 geeignet. Das illustrierie Gehäuse 22 hat am
Antriebsende eine Schraubenlochkreisgeometrie. Mit dieser kreisförmigen Schraubenbefestigung könnten Gehäuse 22 und
Getriebe 8 vorzugsweise an einer Energiequelle befestigt
werden. Ferner sind die Position der Abtriebswelle 44 und
die hydraulische Anschlussöffnung
für Steuerhydraulik
für die angetriebene
Welle illustriert. Für
die durchschnittliche Fachperson werden natürlich viele andere Konstruktionsmöglichkeiten
für das
Gehäuse 22 offensichtlich
sein.
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Die vorliegende Erfindung wurde zwar
im Hinblick auf eine bestimmte Ausgestaltung beschrieben, aber für die durchschnittliche
Fachperson werden weitere Ausgestaltungen offensichtlich sein, die ebenfalls
in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen. So könnten beispielsweise
verschiedene Komponenten nach Bedarf umpositionieri werden. Ferner
ist, obwohl das illustrierte Getriebe zwei separate Hydraulikkammern
(d. h. Kolbenkammern) benutzt, vorgesehen, dass mit Hilfe einer
Bewegung einer einzelnen beweglichen Riemenscheibenhälfte eine
Bewegung in der anderen beweglichen Riemenscheibenhälfte bewirkt
werden kann. Außerdem
sind nicht alle Merkmale, Aspekte und Vorieile zum Ausführen der
vorliegenden Erfindung unbedingt notwendig.