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Die Erfindung betrifft ein stufenloses Reihengetriebe, das ein Gehäuse umfasst, das Folgendes enthält:
eine Eingangswelle, die einen drehfest daran befestigten ersten steuerbaren Riemenscheibensatz trägt,
eine Ausgangswelle, die einen drehfest daran befestigten vierten steuerbaren Riemenscheibensatz trägt, und
in einem Abstand davon einen zweiten und einen dritten Riemenscheibensatz, die sich um eine gemeinsame Achse drehen und gegenseitig drehfest befestigt sind,
eine erste Getriebekette um den ersten und zweiten Riemenscheibensatz, eine zweite Getriebekette um den dritten und vierten Riemenscheibensatz, wobei diese Ketten jeweils mehrere benachbarte Kettenglieder umfassen, die durch Paare von Schwingenelementen miteinander gekoppelt sind, wobei in jedem Paar die Enden mindestens eines Schwingenelements in einer Drehmoment übertragenden Weise mit den Riemenscheiben zusammenwirken können,
wobei die jeweiligen äußeren Riemenscheiben des zweiten und dritten Riemenscheibensatzes axial fixiert sind und die jeweilige innere Riemenscheibe des zweiten und dritten Riemenscheibensatzes miteinander verbunden und zu einer Anordnung kombiniert sind, die entlang der gemeinsamen Achse verschiebbar und um diese herum drehbar ist.
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Solch ein Getriebe, das eigentlich zwei CVT-Stufen (CVT – continuously variable transmission/stufenloses Getriebe) in Reihe umfasst, nämlich eine erste Stufe mit dem ersten und dem zweiten Riemenscheibensatz und eine zweite Stufe mit dem dritten und dem vierten Riemenscheibensatz, wird in der
US 7 217 205 beschrieben.
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Die Getriebeketten können der aus der
US 5728021 und
EP 0741255 , beide im Namen der Anmelderin, bekannten Art sein. Solche Getriebeketten bieten eine viel höhere Leistungsdichte und viel geringere Reibungsverluste als die aus Gummi oder einem anderen vergleichbaren Material hergestellten älteren Endloskeilriemen. Aufgrund der hohen Leistungsdichte und dem niedrigeren Reibungskoeffizienten zwischen der Stahlkette und den Riemenscheiben sind viel höhere Klemmkräfte erforderlich, die darüber hinaus genau gesteuert werden müssen: ein zu hoher Druck führt zu einem Festfressen der Riemenscheibenfläche, und ein zu geringer Druck führt zu Rutschen der Enden der Drehmoment-übertragungselemente über die Riemenscheibenflächen. In beiden Fällen besteht eine reale Gefahr einer Beschädigung dieser Elemente und der Riemenscheibenflächen, während der Wirkungsgrad des Getriebes reduziert wird. Die gewöhnlichen Mechanismen, wie sie bei CVTs mit Gummikeilriemen zur Erzeugung der Klemmkräfte verwendet werden und die aus einer oder mehreren Schraubenfedern bestehen, können keine ausreichenden Kräfte erzeugen, um die Anforderungen eines CVT mit einer Stahlkette zu erfüllen; deshalb werden hydraulische Klemmsysteme in Ketten-CVTs verwendet, wodurch auch eine kompakte Gesamtausführung solch eines CVT gestattet wird.
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Die oben genannten stufenlosen Reihengetriebe bieten im Vergleich zu dem bekannten einstufigen stufenlosen Getriebe mehrere Vorteile, die in dem oben genannten Stand der Technik umfassend beschrieben werden und die nicht erneut aufgelistet werden.
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Ein wichtiges Element solch eines Getriebes ist die die Kombination aus dem zweiten und dem dritten Riemenscheibensatz umfassende Anordnung. Diese Anordnung umfasst einerseits die fixierten und somit axial unbeweglichen äußeren Riemenscheiben des zweiten und des dritten Riemenscheibensatzes und andererseits die axial als eine Einheit beweglichen inneren Riemenscheiben des zweiten und des dritten Riemenscheibensatzes.
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In der
US 7 217 205 wird diese schematisch gezeigte Einheit als "Laufscheibe" (
122) bezeichnet, und diese Patentschrift gibt an, dass sich diese Laufscheibe als Reaktion auf die momentane axiale Position der axial beweglichen Riemenscheiben des ersten und des vierten Riemenscheibensatzes jeweils frei entlang ihrer Welle (
116) bewegen kann.
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Der zweite und der dritte Riemenscheibensatz, die zusammen die Anordnung bilden, weisen im Gegensatz zu dem ersten und dem vierten Riemenscheibensatz keine speziellen Mittel zur Steuerung ihrer Position auf. Diese Position wird nur durch die Zugspannungen in der ersten und zweiten Getriebekette und durch die momentane Position der beweglichen Riemenscheiben des ersten Riemenscheibensatzes und des vierten Riemenscheibensatzes bestimmt.
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Wenn das Übersetzungsverhältnis der ersten CVT-Stufe, die den ersten und den zweiten Riemenscheibensatz umfasst, so ist, dass die Drehzahl der Eingangswelle reduziert wird, wird das auf den zweiten Riemenscheibensatz dieser ersten Stufe, der sich mit einer geringeren Drehzahl dreht, ausgeübte Drehmoment größer sein als das Drehmoment, mit dem die Eingangswelle beaufschlagt wird. Dies bedeutet, dass das auf die zweite CVT-Stufe des Getriebes, die den dritten und den vierten Riemenscheibensatz umfasst, ausgeübte Drehmoment auch größer sein wird als das ursprünglich eingeleitete Drehmoment. Bei einem solchen Betrieb wird die Antriebskette der zweiten Stufe ein größeres Drehmoment übertragen müssen als die Antriebskette der ersten Stufe. Somit müssen die Klemmkräfte, die auf die Drehmomentübertragungselemente der zweiten Antriebskette ausgeübt werden müssen, größer sein als die Klemmkräfte, die auf die entsprechenden Elemente des ersten Getrieberiemens ausgeübt werden müssen.
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Eine unabhängige Einstellung dieser Klemmkräfte ist jedoch nicht möglich, was in der Praxis bedeutet, dass die Klemmkraft entsprechend dem von dem zweiten Antriebsriemen erforderten höheren Wert eingestellt wird, so dass die erste Antriebskette unnötig großen Klemmkräften ausgesetzt wird, was zu unnötigen Verlusten und einem geringeren Wirkungsgrad des Getriebes insgesamt führt.
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Die Erfindung zielt darauf hin ab, diesen Nachteil zu vermeiden und schlägt dazu vor, dass die jeweiligen Durchmesser der Riemenscheiben des dritten und des vierten Riemenscheibensatzes jeweils größer sind als die Durchmesser der Riemenscheiben des ersten und des zweiten Riemenscheibensatzes, derart, dass unabhängig von der Position der verschiebbaren Anordnung der effektive Laufradius der Getriebekette, die um die dritten und vierten Riemenscheiben verläuft, größer sein kann als der effektive Laufradius der Getriebekette, die jeweils um die entsprechenden diagonal gegenüberliegenden Riemenscheiben des ersten und zweiten Satzes verläuft.
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Eine Zunahme des Laufradius führt zu einer Abnahme der auf die Elemente der Antriebskette auszuübenden Klemmkräfte, und auf diese Weise werden die oben erwähnten Nachteile vermieden.
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Vorzugsweise werden der Durchmesser der Riemenscheiben des dritten und des vierten Satzes so ausgewählt, dass er 30–60% größer ist als der der Riemenscheiben des ersten und des zweiten Satzes.
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Wenn erwünscht ist, dass die jeweiligen Übersetzungsbereiche der Stufen unterschiedlich voneinander sind, kann die Maßnahme von Anspruch 3 ergriffen werden.
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Die Struktur und der Träger der Anordnung, die den zweiten und den dritten Riemenscheibensatz umfasst, müssen hohen Ansprüchen genügen.
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Infolge der großen Zugkräfte, die in den Getriebeketten auftreten, werden die Lager der verschiebbaren Riemenscheiben stark und einseitig belastet, nämlich in einer senkrecht zur Achse der dritten und zweiten Riemenscheibe verlaufenden Richtung, während jedoch gewährleistet werden muss, dass sich die Einheit mit den inneren Riemenscheiben des zweiten und des dritten Riemenscheibensatzes leicht in Axialrichtung bewegen kann, um sich ohne Verzögerung an die Position der Riemenscheiben des ersten und des vierten Satzes anzupassen, so dass sich das Übersetzungsverhältnis des Getriebes insgesamt schnell ändern kann. Die Anordnung muss bei einer geringen Trägheit leicht sein und dennoch in der Lage sein, den auftretenden hohen Kräften zu widerstehen.
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Des Weiteren muss die Anordnung eine einfache Struktur aufweisen, so dass die Herstellungskosten des Getriebes begrenzt werden.
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Dies wird gemäß der Erfindung mit einer in Anspruch 4 beschriebenen Struktur realisiert. Insbesondere werden die in den Ansprüchen 5–7 beschriebenen Maßnahmen verwendet.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Eingangswelle und des Drehmoment übertragenden Lagers der dadurch gestützten axial verschiebbaren Riemenscheibe wird in Anspruch 8 beschrieben, während weitere Details davon Gegenstand der Ansprüche 9, 10 und 11 sind. Diese Maßnahmen führen zu einer leichten und dennoch starken Struktur, die eine schnelle Reaktion der verschiebbaren Riemenscheiben auf Änderungen ihres Steuerdrucks ermöglicht.
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Die Tatsache, dass die Durchmesser der Riemenscheiben der zweiten CVT-Stufe größer sind als die der Riemenscheiben der ersten CVT-Stufe führt dazu, dass die Endlager der Eingangswelle bzw. der Ausgangswelle, die zentral im Getriebe liegen, nicht miteinander fluchten (wie dies im Stand der Technik der Fall ist), sondern nebeneinander liegen. Vorzugsweise werden sie in einer mittleren Stütze im Gehäuse gestützt. Dies führt zu einer kompakten und steifen Struktur.
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Bei Verwendung des CVT als Fahrzeuggetriebe in Kombination mit einem Motor, der in Längsrichtung des Fahrzeugs und des Achsantriebs platziert ist, wird es manchmal als Nachteil angesehen, dass das Gehäuse des Getriebes nicht zu der Eingangswelle davon symmetrisch ist; das Gehäuse liegt exzentrisch zu dieser Welle. Bei Verwendung des Getriebes in einem Fahrzeug mit getrenntem Rahmen, wie zum Beispiel in einem Lastwagen mit Längsträgern, entsteht das Problem, dass der Montageraum zwischen diesen Trägern in den meisten Fällen eingeschränkt ist. Die Erfindung vermeidet dieses Problem, indem sie vorschlägt, dass die Eingangsgetriebewelle mittels eines getrennten Zahnrads von der mittig positionierten Ausgangswelle des Motors oder der Kupplung, die auch mit einem Zahnrad versehen ist, angetrieben wird. Dies weist darüber hinaus den Vorteil auf, dass das Verhältnis zwischen der Drehzahl der Eingangswelle des Getriebes einerseits und der Ausgangswelle des Motors andererseits – innerhalb von Grenzen – beliebig gewählt werden kann, wodurch auch das Verhältnis zwischen dem durch den Motor gelieferten Drehmoment und dem durch das Getriebe zu übertragenen Drehmoment eingestellt werden kann. Die Spannung in den Antriebsriemen wird dann an den Wert dieses Drehmoments angepasst.
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Es wird beobachtet, dass die
US 2006/0154760 A1 ein Reihen-CVT der im Hauptanspruch definierten Art beschreibt, wobei die die zweite und dritte Riemenscheibe umfassende Anordnung aus einem einzigen massiven Teil besteht – dies mit den zuvor angemerkten Nachteilen. Alle Riemenscheiben weisen den gleichen Durchmesser auf.
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Die
US 2 531 992 zeigt einen kompakten Variator-Aufbau, der einen mittig platzierten Antriebsmotor umfasst, welcher von zwei CVT-Stufen umschlossen ist, wobei der zu der ersten drehfesten Stufe gehörende zweite Riemenscheibensatz über eine gemeinsame Welle drehfest an dem zu der zweiten Stufe gehörenden dritten Riemenscheibensatz befestigt ist.
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Die Klemmkräfte für die beiden Antriebsriemen sind nicht einstellbar und werden durch eine einzige Schrauben-Druckfeder, die dazwischen platziert ist und in Axialrichtung auf die einstellbaren Riemenscheiben des zweiten und des dritten Satzes einwirkt, erzeugt. Diese Schrift erwähnt die Tatsache, dass sich der Durchmesser der Riemenscheiben zur Änderung der Ausgangsdrehzahl über einen großen Bereich (s. Sp. 2/Z. 8–14 und Sp. 3/Z. 39–45) unterscheiden kann. Da es keine passive Laufscheibenanordnung wie bei der vorliegenden Erfindung gibt und die Antriebsriemen Gummikeilriemen sind, die im Vergleich zu den Klemmkräften, die für Stahlketten erforderlich sind, nur relativ geringe axiale Klemmkräfte erfordern, entstehen die Probleme, für die die Erfindung eine Lösung bietet, hier noch nicht einmal. Somit kann die Erfindung nicht von dieser Veröffentlichung abgeleitet werden.
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Die
FR 2 057 599 beschreibt ein Reihen-CVT, in dem die Durchmesser aller Riemenscheiben den gleichen Wert aufweisen, der jedoch variieren kann – s. Seite 1, Zeilen 26–27. Die
US 3 044 316 zeigt ein Kraftfahrzeuggetriebe, das eine Kombination aus einem Reihen-CVT, in dem alle Riemenscheiben den gleichen Durchmesser aufweisen, und einem Planetenrad ist, um Rückwärtsantrieb bereitzustellen. Die zweite und die dritte CVT-Riemenscheibe sind getrennte strukturelle Einheiten.
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Die
GB 2.092 685 zeigt ein Reihen-CVT, in dem alle Riemenscheiben den gleichen Durchmesser aufweisen und in dem die die beweglichen Riemenscheibenflächen des zweiten und dritten Satzes umfassende Einheit aus einem einzigen massiven Materialstück hergestellt ist, nicht die offene und leichte Struktur, wie sie von der Erfindung vorgeschlagen wird.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht der Hauptkomponenten des verstellbaren Reihengetriebes (im Folgenden als CVT bezeichnet), das in einem Fahrzeug zu verwenden ist und in dem die Erfindung implementiert ist;
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2 einen Längsquerschnitt solch eines CVT;
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3a einen Längsquerschnitt in einem größeren Maßstab des Teils von 2, in dem die Elemente, die für die Erfindung von Bedeutung sind, gezeigt werden und in dem sich das CVT in dem einen Endzustand befindet, in dem die Drehzahl der Ausgangswelle bezüglich der Drehzahl der Eingangswelle maximal reduziert ist; wobei dieser Zustand gemeinhin als "Kriechgang" oder "niedriger Gang" bezeichnet wird;
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3b eine ähnliche Ansicht wie die gemäß 3a, nun aber mit dem CVT in dem anderen Endzustand, in dem die Drehzahl der Ausgangswelle maximal erhöht ist; wobei dieser Zustand gemeinhin als "Schnellgang" oder "hoher Gang" bezeichnet wird;
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4 eine perspektivische weggeschnittene Zeichnung eines vollständigen CVT, wie es Gegenstand der Erfindung ist;
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5 eine perspektivische weggeschnittene Zeichnung der Komponenten der Zwischen- oder Vorgelegewelle dieses CVT in einem vergrößerten Maßstab;
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6 eine ähnliche perspektivische Ansicht wie die gemäß 5, nun aber mit Blickrichtung aus einem anderen Winkel;
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7 eine teilweise weggeschnittene perspektivische Ansicht der Eingangswelle dieses CVT.
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In den Zeichnungen wird das CVT als Ganzes mit der Bezugszahl 2 bezeichnet. Dieses Getriebe weist bei Gebrauch als Fahrzeuggetriebe die folgenden Wellen auf:
- 1) Eine Antriebswelle 2, die zum Beispiel mit der gewöhnlichen Kupplung eines Motors gekoppelt ist. Diese Welle trägt an ihrem Ende 4 ein Zahnrad 6.
- 2) Eine Eingangsgetriebewelle 8, die ein Zahnrad 9 trägt, das mit dem Zahnrad 6 kämmt und einen ersten Satz von Riemenscheiben 10 trägt.
- 3) Eine Zwischen- oder Vorgelegewelle 12, die den zweiten Satz von Riemenscheiben 14 sowie einen dritten Satz von Riemenscheiben 16 trägt, wobei die beweglichen Riemenscheiben dieser Riemenscheibensätze zu einer einzigen Anordnung kombiniert sind, die axial über die Welle 12 verschiebbar ist.
- 4) Eine vierte Welle 18, die die Ausgangswelle des Getriebes bildet und die einen vierten Riemenscheibensatz 20 trägt. Diese Welle 18 ist auf eine später zu beschreibende Weise mit einer fünften Welle 22 gekoppelt, die zum Beispiel die Ausgangswelle des Fahrzeuggetriebes sein kann und in diesem Fall mit dessen (nicht gezeigten) Achsantrieb gekoppelt ist.
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Der erste Riemenscheibensatz
10 und der zweite Riemenscheibensatz
14 sind auf an sich bekannte Weise mittels einer Endlosgetriebekette
24 drehbar miteinander gekoppelt, während der dritte Riemenscheibensatz
16 und der vierte Riemenscheibensatz
20 mittels einer zweiten Endlosgetriebekette
26 drehbar miteinander gekoppelt sind. Die Getriebeketten können zum Beispiel durch die Endlosgetriebeketten der in der
EP 071255 beschriebenen Art hergestellt sein.
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Solch ein Reihengetriebe, das eigentlich aus zwei einzelnen in Reihe gekoppelten CVT-Stufen besteht, wobei der Ausgangsriemenscheibensatz des ersten CVT direkt mit dem Eingangsriemenscheibensatz des zweiten CVT gekoppelt ist, wie eingangs beschrieben, ist an sich aus dem Stand der Technik bekannt.
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Die verschiedenen Wellen des Getriebes gemäß der Erfindung müssen natürlich in geeigneten Lagern gestützt werden. Es ist offensichtlich, dass die fixierten Komponenten der jeweiligen Lager von dem Gehäuse des Getriebes aufgenommen und gestützt werden. Dieses Gehäuse wird als Ganzes in 2 gezeigt und ist mit der Bezugszahl 28 bezeichnet; Teil dieses Gehäuses wird auch in den 3a und 3b gezeigt. Der Fachmann versteht leicht, wie dies in der Praxis umzusetzen ist.
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Wie eingangs in der Beschreibung angegeben und darin erläutert, schlägt die Erfindung vor, dass die Durchmesser der Riemenscheiben des ersten Riemenscheibensatzes 10 und des zweiten Riemenscheibensatzes 14 – die zusammen die erste Stufe des Reihen-CVT bilden – kleiner sind als die Durchmesser des dritten Riemenscheibensatzes 16 bzw. des vierten Riemenscheibensatzes 20, die zusammen die zweite Stufe des Reihen-CVT bilden, und zwar derart, dass der effektive Laufradius des Antriebsriemens 26, der diese Riemenscheibensätze 16 und 20 umschlingt, größer sein kann als der effektive Laufradius des Antriebsriemens 24, der die Riemenscheiben der ersten Stufe drehbar miteinander koppelt, dies bei dem ersten Riemenscheibensatz 10 und dem zweiten Riemenscheibensatz 14. Die Vorteile solch einer Konfiguration, die in der Zeichnung deutlich zu sehen ist, werden eingangs in der Beschreibung angeführt.
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Bei dieser speziellen Ausführungsform ist der Durchmesser der Riemenscheiben des dritten und vierten Satzes ca. 20% größer als der der Riemenscheiben des ersten und des zweiten Satzes.
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Die Zeichnungen zeigen eine Ausführungsform, bei der die eingeschlossenen Winkel der jeweiligen Riemenscheibensätze zueinander gleich sind. Infolgedessen wird während des "Schaltens" des Getriebes die radiale Verschiebung des Antriebsriemens auf dem zweiten Riemenscheibensatz gleich, aber entgegengesetzt, der radialen Verschiebung des Antriebsriemens sein, der über den dritten Riemenscheibensatz verläuft, so dass der Verhältnisbereich dieser beiden CVT-Stufen gleich sein wird.
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Wenn sich die eingeschlossenen Winkel der Riemenscheibensätze der ersten Stufe jedoch von denen der zweiten Stufe unterscheiden, verschieben sich die Antriebsriemen in der ersten Stufe während des "Schaltens" über eine andere Strecke als die Antriebsriemen in der zweiten Stufe, und somit wird es möglich, dass jeweilige Verhältnisbereiche der Stufen voneinander verschieden sind – somit kann zum Beispiel der Verhältnisbereich des zweiten CVT-Satzes größer als der der ersten CVT-Stufe sein. Ein höherer Schnellgang kann dadurch erreicht werden, dass der eingeschlossene Winkel der Riemenscheiben des zweiten Satzes kleiner als der der Riemenscheiben des ersten Satzes ausgeführt wird. Diese Maßnahme führt des Weiteren zu geringeren erforderlichen Klemmkräften in dieser zweiten CVT-Stufe, so dass diese Klemmkräfte mit den zur Verwendung in der ersten Stufe erforderlichen Kräften besser im Gleichgewicht sind.
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Die Zwischen- oder Vorgelegewellenanordnung eines Reihen-CVT zusammen mit dem zweiten und dritten Satz von Riemenscheiben muss hohen Anforderungen entsprechen. Ihre Masse muss gering sein, so dass die Ansprechzeit des CVT so kurz wie möglich ist, aber das Ganze muss dennoch in der Lage sein, die sehr hohen einseitigen Kräfte, die in einer quer zu der Achse davon verlaufenden Richtung ausgeübt werden, aufzunehmen. Die bevorzugte Ausführungsform dieser Vorgelegewellenanordnung, wie durch die Erfindung vorgeschlagen, erfüllt diese Anforderungen und kombiniert dies mit einem geringen Gesamtgewicht des Getriebes.
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Die Hauptkomponente der Zwischenwellenanordnung 12 ist ein hohler, zylindrischer Träger, der als Ganzes in 5 mit der Bezugszahl 30 bezeichnet wird. Er umfasst einen ersten länglichen hohlen, zylindrischen Teil 32, einen zweiten hohlen, zylindrischen Teil 34 mit vergrößertem Durchmesser und dazwischen einen divergierenden Teil 26. Der erste Teil 32 trägt den zweiten Riemenscheibensatz 14 mit der äußeren Riemenscheibe 14a und der inneren Riemenscheibe 14b; der zweite zylindrische Teil 34 trägt den dritten Riemenscheibensatz 16 mit der inneren Riemenscheibe 16a und der äußeren Riemenscheibe 16b. Die äußere Riemenscheibe 14a ist, wie später beschrieben werden wird, an dem zylindrischen Teil 32 fixiert und nicht verschiebbar damit gekoppelt, während die äußere Riemenscheibe 13b an dem Ende des zylindrischen Teils 34 fixiert ist und nicht verschiebbar damit gekoppelt ist; beide inneren Riemenscheiben 14b und 16a sind miteinander gekoppelt, und sie können sich zusammen in Axialrichtung verschieben. Die innere Riemenscheibe 14b wird auf dem zylindrischen Teil 32 gestützt, und die innere Riemenscheibe 16a wird durch den zylindrischen Teil 34 gestützt. Das linke Ende des zylindrischen Teils 32 wird in einem äußeren Lager 38 gestützt, von dem der Außenring 40 durch das Getriebegehäuse 28 auf geeignete Weise gestützt wird; das rechte Ende des zylindrischen Teils 34 umgibt das innere Lager 42, dessen stationärer Teil 44 in dem Getriebegehäuse 28 gestützt wird, indem der Endflansch 46 davon (siehe 3a und 3b) einen nach innen ragenden zylindrischen Stumpf 48 umfasst, der in den stationären inneren Ring 44 des Lagers 42 passt.
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Die Figuren zeigen eine bevorzugte Ausführungsform, bei der der erste zylindrische Teil 32, der damit verbundene divergierende Zwischenteil 36, der zweite zylindrische Teil 34 und die äußere Riemenscheibe 16b einstückig ausgeführt sind. Der Fuß 50 der äußeren Riemenscheibe 14a ist zwischen einem hochstehenden Rand 52 des ersten zylindrischen Teils 32 und dem hochstehenden Rand 54 einer Sicherungsschraube 56, deren Körper 58 in die Innenbohrung des zylindrischen Teil 32 geschraubt ist, eingeschlossen. Eine mit der Bezugszahl 60 schematisch gezeigte geeignete Keilverzahnungsverbindung gewährleistet, dass sich die äußere Riemenscheibe 14a zusammen mit der Zwischenwellenanordnung 12 dreht. Die einstückige Ausführungsform gewährleistet, dass die äußere Riemenscheibe 16b auch drehfest an dieser Anordnung angebracht ist.
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Natürlich müssen sich beide innere Riemenscheiben 14b und 16a zusammen mit der Zwischenwellenanordnung drehen, obgleich es immer noch erforderlich ist, dass sie sich in Axialrichtung mit so wenig Reibung wie möglich frei bewegen können. Diese Kopplung wird mittels einer schematisch gezeigten Keilverzahnungsverbindung 62 bewerkstelligt, die einerseits zwischen dem rechten Ende 32b des zylindrischen Teils 32 und dem axial ausgerichteten Fuß 64 am inneren Ende der inneren Riemenscheibe 14b vorhanden ist.
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Die innere Riemenscheibe 14b ist insofern fest mit der inneren Riemenscheibe 16a verbunden, als ihr radial äußeres oberes Ende 64 durch einen hülsenförmigen Rand 66 verlängert ist, dessen Ende 68 fest mit der Außenwand der inneren Riemenscheibe 16a verbunden ist. Dies wird dadurch bewerkstelligt, dass diese Außenwand einen nach innen gerichteten Rand 70 trägt, mit dem der Endrand 68 mittels einer Schweißverbindung 72 verbunden ist. Die innere Riemenscheibe 16a weist den Fuß 74 mit einer zylindrischen hülsenförmigen Konfiguration 76 auf, deren Innenfläche 78 auf der Außenfläche des zweiten zylindrischen Teils 34 aufliegt, während dieser Fuß 76 zu dem axial vorragenden Endrand 80 der inneren Riemenscheibe 14b verlängert ist und an der Stelle durch Verschweißung (81) mit dieser inneren Riemenscheibe 14b verbunden ist.
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Die vorhergehende beschriebene Struktur ist einfach und leicht und trägt die Kombination aus der zweiten und dritten Riemenscheibe derart, dass die sehr großen darauf ausgeübten Kräfte, die quer zu deren Achse ausgerichtet sind, leicht aufgenommen werden können, derart, dass die axial verschiebbaren Riemenscheiben 14b bzw. 16a ihre Axialbewegung ausführen können, ohne eine signifikante Reibung überwinden zu müssen. Infolgedessen können Änderungen des Übersetzungsverhältnisses der beiden CVT-Abschnitte praktisch augenblicklich herbeigeführt werden.
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Obgleich die sich bewegenden Teile der dritten Wellenanordnung nur Axialbewegungen ausführen, ist es dennoch wichtig, dass sie adäquat geschmiert werden. Wie in den 5 und 6 gezeigt, ist die Innenbohrung des zylindrischen Teils 32 mit einer Scheibe 84 verschlossen, deren Körper radiale Kanäle 86 umfasst. Diese Kanäle sind mit Kanälen 88 im Fuß des Verbindungsteils 36 verbunden. Mittels eines mittig positionierten Ölversorgungsrohrs 90 (in 3 gezeigt) kann Schmiermittel dem Raum zwischen dem Ende der Halteschraube 56 und der Scheibe 84 zugeführt werden, wobei das Schmiermittel während des Betriebs unter Einfluss der Zentrifugalkraft über die Kanäle 86 und 88 einerseits die axial beweglichen Flächen der beiden inneren Riemenscheiben 14b, 16a und andererseits die zylindrischen Teile 32 und 34 erreichen kann.
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Die 3a und 3b zeigen Querschnitte des erfindungsgemäßen Getriebes einerseits im "Kriechgang-" oder "Niedriggang-"Zustand und andererseits im "Schnellgang-" oder "Hochgang-"Zustand. In den Figuren werden die folgenden Bezugszeichen verwendet:
R1 zeigt den Laufradius des ersten Antriebsriemens 24 am ersten Riemenscheibensatz 10;
R2 zeigt den Laufradius des ersten Antriebsriemens 24 am zweiten Riemenscheibensatz 14;
R3 zeigt den Laufradius des zweiten Antriebsriemens 26 am dritten Riemenscheibensatz 16;
R4 zeigt den Laufradius des zweiten Antriebsriemens 26 am vierten Riemenscheibensatz 20.
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Mit den Zusätzen "min" bzw. "max" werden die Mindest- bzw. Höchstwerte dieser Größen angegeben.
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Die Figuren zeigen deutlich, dass – wie bereits oben angegeben – der effektive Laufradius des Antriebsriemens 26, der über die dritte und vierte Riemenscheibe (16 bzw. 20) verläuft, immer größer ist als der effektive Laufradius des Antriebsriemens 24 auf den jeweils diagonal gegenüberliegenden Riemenscheiben des ersten (10) und des zweiten (14) Satzes: in der ersten Situation ist R4max größer als R2max und ist R3min größer als R1min, während in der zweiten Situation R4min größer ist als R2min und R3max größer ist als R1max.
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Die Eingangswelle des erfindungsgemäßen Reihen-CVT wird in zwei Lagern, in 4 mit den Bezugszahlen 100 bzw. 102 angegeben, gestützt, und die Ausgangswelle 18 des Getriebes wird auch in zwei Lagern gestützt, einerseits dem Lager 104 und andererseits dem Lager 106. Die äußeren Lager 100 bzw. 106 werden auf geeignete Weise durch das Gehäuse des Getriebes gestützt. Die Art und Weise, auf die die Lager 102 und 104 gestützt werden, ist jedoch ein besonderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Wie die 3a, 3b und 4 zeigen, liegen diese Lager in dem gezeigten Getriebe nicht einander gegenüber (wie dies im Stand der Technik der Fall ist), sondern liegen infolgedessen, dass die Riemenscheiben der zweiten Stufe größer sind als die der ersten Stufe nebeneinander. Sie sind gemäß der Erfindung in einer speziellen flachen kastenförmigen Struktur 108 (in den 3a und 3b gezeigt) untergebracht, die eine massive Platte sein kann, die aber auch eine offene Stützstruktur mit Räumen zur Aufnahme der Lager 102 bzw. 104 sein kann. Die Figuren zeigen eine Ausführungsform, bei der diese Lager Ringe von Lagernadeln umfassen, die einerseits direkt auf den Wellen liegen und andererseits auf dem Material der Struktur 108 selbst, es kann aber jede andere geeignete Konfiguration verwendet werden. Der Fachmann wird kein Problem haben, eine geeignete Lösung zu finden.
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Unter besonderer Bezugnahme auf die 4 und 7 wird im Folgenden eine bevorzugte Ausführungsform der Struktur der Eingangswelle 8 des erfindungsgemäßen Getriebes erläutert.
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Die Welle 8 weist eine sehr spezielle Konfiguration mit einem ersten Wellenteil 110 auf, der in einem stufenweisen Übergang in einen zweiten Wellenteil 114 mit vergrößertem Durchmesser übergeht, der am rechten Ende in die fixierte Riemenscheibe 10b des ersten Riemenscheibensatzes 10 übergeht. Die zweite Riemenscheibe 10a dieses Riemenscheibensatzes 10 ist mit einer Schiebehülse 116 verbunden, die in Axialrichtung verschiebbar den zweiten Wellenteil 114 eng umgibt. Diese Schiebehülse 116 trägt eine radial ausgerichtete ringförmige und konische Scheibe 118, die an ihrem radial äußeren Ende einen axialen Hülsenteil 120 trägt, dessen Innenfläche einen ersten Wandteil der Druckkammer 122 für die verstellbare Riemenscheibe 10a trägt.
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Ein zweiter Wandteil dieser Kammer wird durch die Außenwand der hochstehenden Scheibe 118 gebildet, während ein dritter Wandteil durch die Außenfläche des Scheibenteils 116 gebildet wird.
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Schließlich ist eine hochstehende Scheibe 124 vorgesehen, deren vergrößertes Ende 126 eine Kammer mit einem Dichtungsring 128 darin umfasst, der mit der Innenfläche des Hülsenteils 120 zusammenwirkt, und deren Innenfläche den vierten – und letzten – Wandteil der Druckkammer 122 bildet.
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Die Scheibe 124 ist an dem Ende der hülsenförmigen Kopplungsscheibe 130, die den ersten Wellenteil 110 mit einem ersten Teil 132a eng umgibt, fixiert, wobei der Teil 132a den Innenring 100a des Lagers 100 trägt und daneben mit einem Zahnring 9 versehen ist. Der Wellenteil 110 trägt eine Keilverzahnung 134, die mit einer gleichartigen Keilverzahnung 136 auf der Innenseite des Teils 132 zusammenwirkt; eine Hälfte des Eingangsdrehmoments wird über diese Keilverzahnung auf das hülsenförmige Kopplungsteil 130 übertragen, und die andere Hälfte davon geht direkt auf die fixierte Riemenscheibe 10b. Diese eine Hälfte des Eingangsdrehmoments wird über eine zweite Keilverzahnungsverbindung 140 des Kopplungsteils 130 auf die Hülse 116b/116 und von dort auf die bewegliche Riemenscheibe 10a übertragen.
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Der zweite Teil 132b des Kopplungsteils 130 liegt in einem Abstand von dem Wellenteil 114, so dass hier eine zweite Druckkammer 123 gebildet wird.
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Die Innenbohrung des ersten Wellenteils 110 ist durch die Schließschraube 142 geschlossen, die eine zentrale Öffnung 144 aufweist, über die der zentralen Bohrung 146 ein Druckmittel (das auch als Schmiermittel wirkt) zugeführt wird, wobei dieses Mittel durch die axialen Kanäle 148 den freien Raum unter dem hülsenförmigen Kopplungsteil 130 erreicht und von dort über (nicht gezeigte) Ausschnitte in der zweiten Keilverzahnungsverbindung die Druckkammer 128 erreicht.
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Diese Schraube 142 weist zwei zusätzliche Funktionen auf: Sie hält das Lager 100 fest und fixiert auch den Wandteil 124 mittels des hülsenförmigen Kopplungsteils 130 in axialer Richtung. Es ist auch möglich, dass der hülsenförmige Kopplungsteil 130 und der Wandteil 124 einstückig hergestellt sind.
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Die vierte Welle 18, die die Ausgangswelle des Getriebes ist, weist eine ähnliche Struktur auf, die nicht im Einzelnen besprochen wird.
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Insbesondere die 1 und 4 zeigen eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen CVT, das als ein Fahrzeuggetriebe verwendet werden soll. Es weist eine Ausgangswelle auf, die zwei fest damit verbundene Zahnräder trägt, nämlich ein erstes Zahnrad 150 mit geraden Zähnen und ein zweites Zahnrad 152, das vorzugsweise ein Kegelrad ist. Die Welle 22 mit dem Endflansch 152 ist die Ausgangswelle des Fahrzeuggetriebes und kann auf bekannte Weise, falls dies erwünscht ist, unter Umkehr der Drehrichtung mit der Welle 18 gekoppelt werden. Dazu trägt die Welle 22 ein frei drehendes erstes Zahnrad 152 darauf, das über die Kette 158 mit dem Zahnrad 150 gekoppelt ist – hier gibt es keine Umkehr der Drehrichtung. Ein zweites frei drehendes Zahnrad 158 kämmt mit dem Zahnrad 152 auf der Welle 18 – hier erfolgt eine Umkehr der Drehrichtung. Die Welle 22 ist mit einer Keilverzahnung 160 und einem Kopplungsring 162 versehen, der mit dieser Keilverzahnung 160 zusammenwirkt und axial verschiebbar ist. In zwei festen Positionen koppelt er in Abhängigkeit von seiner axialen Position die Ausgangswelle 22 entweder mit dem Zahnrad 154 oder dem Zahnrad 158, so dass sich die Welle 22 entweder in einer ersten Richtung oder in einer entgegengesetzten Richtung dreht. Wie bereits angemerkt, ist dies im Stand der Technik bekannt und nicht Gegenstand der Erfindung.
