DE19629213A1

DE19629213A1 - Reibradgetriebe

Info

Publication number: DE19629213A1
Application number: DE19629213A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joerg Dr Bart; Friedrich Saibold
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1996-07-19
Publication date: 1998-01-22
Also published as: WO1998003806A1; EP0912842A1; DE59701659D1; JP2000514904A; EP0912842B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe, bei dem die Antriebsleistung - in einem ersten Leistungsbereich - von einer Antriebswelle über ein stufenlos verstellbares Getriebe, insbesondere ein Getriebe mit paarweise zusammen wirkenden, toroidförmigen Laufflächen, zwischen denen Roll körper laufen, und eine Vorgelegewelle sowie ein Summie rungsgetriebe oder - in einem zweiten Leistungsbereich - über das stufenlose Getriebe direkt auf eine Abtriebswelle übertragen wird.

Stufenlos verstellbare Getriebe mit einer An- und Ab triebswelle und einem Variator, bestehend aus zumindest zwei Torusscheiben mit toroidförmigen Laufflächen, zwischen denen Rollkörper abrollen, sind der Literatur in vielfachen Ausgestaltungen als bekannt zu entnehmen.

Die DE-A 28 07 971 zeigt ein einfach aufgebautes Reib radgetriebe mit einer An- und Abtriebswelle und zwei Schei ben, die zwischen sich Rollkörper aufnehmen. Die Rollkörper sind in Lagerungen gehaltert und können über eine axial verschiebbare Trommel verschwenkt werden. Auf diese Weise wird das Übersetzungsverhältnis verändert.

Aus der niederländischen Offenlegungsschrift 65 15 563 ist ein Reibrollengetriebe mit zwei schwenkbaren Reibrol lensätzen zwischen zwei Antriebsscheiben bekannt, dessen mittiger Abtriebsscheibe ein Planetengetriebe mit mehreren Sonnenrädern nachgeordnet ist. Eines ist drehfest mit den Antriebsscheiben, ein anderes drehfest mit der Abtriebswel le des Gesamtgetriebes ,und ein drittes mit einer Bremse verbunden, während der Steg des Planetengetriebes an die Abtriebsscheibe angeschlossen ist. Durch eine umschaltbare Klauenkupplung ist das Planetengetriebe in einer ersten Betriebsweise als summierendes Getriebe zwischen An- und Abtriebsscheiben oder in der zweiten Betriebsweise als Übertragung zwischen Abtriebsscheibe und Abtriebswelle ein setzbar, wenn zu letzterem das Sonnenrad gebremst wird.

Beispiele für stufenlos verstellbare Getriebe mit zwei Leistungsbereichen bzw. Betriebsweisen sind den europäi schen Patentschriften 0 043 184 und 0 078 124 als bekannt zu entnehmen.

In einer dieser Betriebsweisen wird die Antriebslei stung über das CVT auf die Abtriebswelle übertragen, wäh rend in der anderen Betriebsweise die Antriebsleistung so wohl über das CVT als auch über einen weiteren Leistungs zweig fließt, in einem Summierungsgetriebe summiert und auf die Abtriebswelle gebracht wird. Diese Beispiele zeigen ferner, daß die Antriebswelle konzentrisch zum CVT liegen (EP-A 0 043 184) oder mit seitlichem Versatz zur Antriebs welle auf einer Nebenwelle angeordnet sein kann (EP-A 0 078 124).

Ebenso ist es bekannt, beim Wechsel von einer auf die andere Betriebsweise ein synchrones Übersetzungsverhältnis einzuhalten, um - ohne zusätzliche Verstellung des CVT - "synchron" umschalten zu können.

Um den baulichen Aufwand für die erforderlichen Über setzungsstufen bzw. die Anbindung des Summierungsgetriebes zu senken, wurden weitere Vorschläge gemacht. Ein Beispiel hierfür ist die Anordnung nach der EP-A 0 149 892.

Aus der EP-A 0 502 061 ist schließlich eine Bauweise bekanntgeworden, bei der das stufenlose Getriebe konzen trisch zur Motorwelle liegt und direkt über die äußeren Torusscheiben angetrieben wird. Die durchgehende Antriebs welle trägt ein Sonnenrad eines Planetengetriebes, dessen Hohlrad festgebremst werden kann. Der Steg des Planetenge triebes ist Bestandteil einer kurzen Zwischenwelle, die an ihrem abtriebsseitigen Ende den Steg eines Summierungsge triebes (Planetengetriebe) trägt. Das Hohlrad dieses Sum mierungsgetriebes ist mit der Abtriebswelle des Getriebes fest verbunden. Über eine schaltbare Kupplung kann das Hohlrad bzw. die Abtriebswelle direkt mit dem dritten Glied des Planetengetriebes, dem Sonnenrad, verbunden werden. Das Sonnenrad wird von einer Übersetzungsstufe angetrieben, deren Antriebsrad drehfest mit einer Vorgelegewelle verbun den ist. Über einen Kettentrieb treibt die innere Torus scheibe die Vorgelegewelle an. Bei geschlossener Bremse und geöffneter Kupplung befindet sich das Getriebe in der er sten Betriebsweise (LOW) mit Leistungsverzweigung. Im an schließenden oberen Bereich (zweite Betriebsweise, HIGH) ist die Bremse geöffnet und die Kupplung geschlossen, so daß die Antriebsleistung über die innere Torusscheibe und den Kettentrieb über die Vorgelegewelle auf die Überset zungsstufe und im direkten Durchtrieb auf die Abtriebswelle übertragen wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe der eingangs genannten Art hinsichtlich der Übersetzungsverhältnisse (Drehzahlen), der Belastung des stufenlos verstellbaren Getriebes und der Vorgelegewelle zu optimieren, so daß das Getriebe bei gleichem Grundaufbau an unterschiedliche Einsatzfälle angepaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einem, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches aufweisenden, gattungsgemäßen Getriebe gelöst. Hierbei wird das stufenlos verstellbare Getriebe nicht direkt, sondern über eine erste Überset zungsstufe und, von der Vorgelegewelle aus, über eine wei tere Übersetzungsstufe angetrieben. Diese beiden Überset zungsstufen bieten erste Möglichkeiten zur Optimierung der Drehzahlverhältnisse innerhalb des stufenlos verstellbaren Getriebes.

Über eine schaltbare Kupplung der Vorgelegewelle kann die Übersetzungsstufe zugeschaltet werden, die mit einem Getriebeglied des Summierungsgetriebes verbunden ist. Die mit dem Getriebeglied des Summierungsgetriebes verbundene Übersetzungsstufe bietet zusätzliche Möglichkeiten, die Drehzahlen innerhalb des Getriebes zu variieren (An spruch 2).

Weitere vorteilhafte bauliche Ausgestaltungen sind den Ansprüchen 3 bis 19 zu entnehmen. Vorzugsweise eignet sich das erfindungsgemäße Getriebe für den Einsatz in Fahrzeugen mit einem Triebstrang, bei dem der Motor, das Getriebe und der Abtrieb in einer Linie angeordnet sind (insbesondere für Pkw mit Heckantrieb und begrenztem, radialen Platz-Tunneleinbau.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Getriebes ist eine weitere Übersetzungsstufe zwischen dem stufenlos verstellbaren Getriebe und dem Summierungsgetrie be eingeschaltet. Diese Übersetzungsstufe kann entweder aus einem Planetengetriebe oder aus Zahnrädern in Vorgelegewel lenanordnung gebildet sein. Durch die Kombination der ins gesamt dann zur Verfügung stehenden Übersetzungsstufen ist es möglich, die Drehzahlen des stufenlos verstellbaren Ge triebes und der Vorgelegewelle so zu optimieren, daß das stufenlos verstellbare Getriebe in seinem oberen Drehzahl bereich arbeitet. Bei gleicher Leistung wird dieser Getrie beteil mit einem geringeren Drehmoment belastet. Es liegt auf der Hand, daß die Möglichkeit einer Optimierung der Drehzahlen dann eingeschränkt wird, wenn diese Überset zungsstufe entfällt. Anstelle von vier Übersetzungsstufen stehen dann nur drei zur Verfügung, was bedeutet, daß durch den Blockbetrieb des Summierungsgetriebes in der Betriebs weise HIGH die Übersetzungen und somit die Drehzahlen des CVT dadurch vorgegeben sind, daß Motor und Abtrieb in vor gegebenen Drehzahlbereichen laufen müssen.

Weitere, für die Erfindung wesentliche Merkmale sowie die daraus resultierenden Vorteile sind der nachfolgenden Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des er findungsgemäßen Getriebes zu entnehmen.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schema eines Getriebes, das in zwei Lei stungsbereichen betrieben werden kann;

Fig. 2 die symbolische Darstellung des Getriebes nach Fig. 1 und

Fig. 3 ein Drehzahl-Diagramm.

Ein in Fig. 1 angedeuteter Motor 1 treibt eine An triebswelle 2, die an ihrem freien - in der Zeichnung rechts liegenden Ende - ein Zahnrad 3 trägt. Das Zahnrad 3 steht mit einem Zahnrad 4 im Eingriff. Das Zahnrad 4 ist drehfest auf einer Vorgelegewelle 5 angeordnet.

Die Zahnräder 3 und 4 bilden eine erste Übersetzungs stufe mit einer Übersetzung i_an.

Mit der Vorgelegewelle 5 ist ein weiteres Rad 6 dreh fest verbunden, das mit einem Rad 7 in treibender Verbin dung steht. Das Rad 7 ist in bezug auf eine Zwischenwelle 8 drehbar angeordnet. Wie in der Zeichnung angedeutet, sind die Räder 6 und 7 Kettenräder, die über eine Antriebsket te 9 miteinander verbunden sind. Anstelle eines Ketten triebs wird der Fachmann gegebenenfalls einen Umschlin gungstrieb anderer Bauart oder ein Zwischenzahnrad verwen den. Es sollte dabei sichergestellt werden, daß Welle 6 und 12 die gleiche Drehrichtung haben.

Das Rad 7 ist drehfest mit einem Eingangsglied 10 ei nes stufenlosen Getriebes 11 verbunden. Dieses Eingangs glied 10 setzt sich, wie aus der Zeichnung ersichtlich, aus einer kurz bauenden Hohlwelle 12 und zwei inneren Torus scheiben 13 und 14 mit zwei Laufflächen zusammen. Das Rad 7 und das Eingangsglied 10 können ein gemeinsames Bauteil bilden. Die innenliegenden Torusscheiben 13 und 14 wirken paarweise mit äußeren Torusscheiben 15 und 16 zusammen, die drehfest mit der Zwischenwelle 8 verbunden sind.

Zwischen den schematisch gezeichneten, toroidförmigen Laufflächen laufen Rollkörper 31.

Am freien Ende der Zwischenwelle 8 ist ein Sonnen rad 17 drehfest angeordnet. Das Sonnenrad 17 steht in stän digem Zahneingriff mit Planetenrädern 18, die ferner in ein ortsfest angeordnetes Hohlrad 19 eingreifen. Durch einen Steg 20 wird ein Planetengetriebe 21 vervollständigt, das eine weitere Übersetzungsstufe i_3 bildet.

Anstelle des Planetengetriebes kann die Übersetzungs stufe in Vorgelegebauweise ausgebildet sein.

Der Steg 20 des Planetengetriebes ist drehfest mit einer weiteren Zwischenwelle 22 verbunden, die an ihrem freien - in der Zeichnung rechts liegenden Ende - ein wei teres Sonnenrad 23 trägt. Dieses Sonnenrad 23 ist ein Ge triebeglied eines Summierungsgetriebes 24. Das Sonnenrad 23 kämmt mit Planetenrädern 25. Das als Planetengetriebe aus gebildete Summierungsgetriebe 24 wird durch ein Hohlrad 26 vervollständigt, an das eine Abtriebswelle 27 des Getriebes angeschlossen ist. Ein Steg 28 ist, wie aus der Zeichnung ersichtlich, einerseits über eine schaltbare Kupplung K2 mit der Abtriebswelle 27 verbindbar und ist andererseits drehfest an ein Rad 29 angeschlossen.

Das Rad 29 ist drehbar auf der Zwischenwelle 22 gela gert und steht in ständigem Zahneingriff mit einem Rad 30, das drehfest auf der Vorgelegewelle 5 befestigt ist. Die Räder 29 und 30 bilden eine Übersetzungsstufe mit einer Übersetzung i_2.

Zwischen dem Rad 6 und dem Rad 30 der Vorgelegewelle 5 ist eine schaltbare Kupplung K1 eingeschaltet.

Der in Fig. 1 anhand des Schemas erläuterte Getriebe aufbau ist in Fig. 2 in einer symbolischen Darstellung zu sätzlich wiedergegeben. Diese Darstellung ist dem Fachmann geläufig, so daß sich eine nähere Beschreibung erübrigt. Aus dieser symbolischen Darstellung ist ergänzend die Über setzung i_V des stufenlos verstellbaren Getriebes 11 zu entnehmen.

Das erläuterte Getriebe erlaubt einen Betrieb in zwei Leistungsbereichen:

1. Unterer Bereich (LOW) mit Leistungsverzweigung:
Die Antriebsleistung wird von der Antriebswelle 2 über die Übersetzungsstufe (Räder 3 und 4) mit der Überset zung i_an auf die Vorgelegewelle 5 geleitet. Von hier aus wird das stufenlos verstellbare Getriebe 11 ange trieben. Die Leistung fließt über das Summierungsge triebe 24 auf die Abtriebswelle 27. Die schaltbare Kupplung K2 ist geöffnet.
Über einen weiteren Leistungszweig wird die Antriebs leistung über die Vorgelegewelle 5, die Kupplung K1, die geschlossen ist, über die Übersetzungsstufe (Räder 29 und 30) in das Summierungsgetriebe 24 gelei tet. Die aufsummierte Leistung wird an die Abtriebs welle 27 weitergeleitet.
2. Oberer Bereich (HIGH) mit dem Summierungsgetriebe im Blockbetrieb:
Die Antriebsleistung wird von der Antriebswelle 2 über die erste Übersetzungsstufe mit der Übersetzung i_an auf die Vorgelegewelle gebracht. Von hier aus wird das stufenlos verstellbare Getriebe 11 angetrieben. Die Kupplung K1 ist geöffnet, so daß über die Vorgelege welle 5 kein Leistungsanteil in das Summierungsgetrie be 24 eingeleitet wird. Die Antriebsleistung wird über die geschlossene Kupplung K2 auf die Abtriebswelle 27 gebracht, wobei das Summierungsgetriebe 24 als Block umläuft.

Die Fig. 3 zeigt ein Drehzahl-Diagramm, das die Dreh zahlverhältnisse zwischen den einzelnen Getriebegliedern und in bezug auf die Getriebeübersetzung wiedergibt. Im ersten Fahrbereich (LOW) fährt das Fahrzeug, ohne daß ein zusätzlicher Rückwärtsgang erforderlich wäre, rückwärts. Die Drehzahl an der Abtriebswelle 27 verläuft über den Wert Null in Vorwärtsfahrtrichtung und läuft dann in den oberen Bereich (HIGH) mit dem Summierungsgetriebe 24 im Blockbetrieb. Ersichtlich ist, daß das stufenlos verstell bare Getriebe vorwiegend in seinem oberen Drehzahlbereich arbeitet.

Die als Planetengetriebe ausgebildete Übersetzungsstu fe mit der Übersetzung i_3, die die Zwischenwellen 8 und 22 miteinander verbindet, kann gegebenenfalls entfallen. In diesem Fall würde das Sonnenrad 17 an die Stelle des Son nenrades 23 des Summierungsgetriebes 24 treten. Obwohl die se Alternative prinzipiell möglich ist, bedeutet sie doch eine Einschränkung der Möglichkeiten zur Optimierung der Drehzahlverhältnisse innerhalb des Getriebes.

Obwohl dies nicht gesondert erwähnt ist, können die miteinander im Eingriff stehenden Zahnräder gerad- oder schrägverzahnt sein. Der Fachmann wird insbesondere bei hohen Drehzahlen Schrägverzahnungen vorziehen, um Einfluß auf die Geräuschentwicklung zu nehmen.

Bezugszeichenliste

1 Motor
2 Antriebswelle
3 Zahnrad
4 Zahnrad
5 Vorgelegewelle
6 Rad
7 Rad
8 Zwischenwelle
9 Antriebskette
10 Eingangsglied
11 stufenloses Getriebe
12 Hohlwelle
13 Torusscheibe
14 Torusscheibe
15 Torusscheibe
16 Torusscheibe
17 Sonnenrad
18 Planetenrad
19 Hohlrad
20 Steg
21 Planetengetriebe
22 Zwischenwelle
23 Sonnenrad
24 Summierungsgetriebe
25 Planetenrad
26 Hohlrad
27 Abtriebswelle
28 Steg
29 Rad
30 Rad
31 Rollkörper
K1 Kupplung
K2 Kupplung

Claims

1. Getriebe, bei dem die Antriebsleistung - in einem ersten Leistungsbereich - von einer Antriebswelle (2) über ein stufenlos verstellbares Getriebe (11), insbesondere ein Getriebe mit paarweise zusammenwirkenden toroidförmigen Laufflächen, zwischen denen Rollkörper laufen, und eine Vorgelegewelle (5) sowie ein Summierungsgetriebe (24) oder - in einem zweiten Leistungsbereich - über das stufenlose Getriebe (11) direkt auf eine Abtriebswelle (27) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorgelegewelle (5):

a) über eine Übersetzungsstufe (3, 4) mit der Antriebs welle (2) in ständiger Antriebsverbindung steht und
b) über eine weitere Übersetzungsstufe (6, 7, 9) in stän diger Antriebsverbindung mit dem stufenlos verstellba ren Getriebe (11) steht, wobei die weitere Überset zungsstufe zwischen den beiden Torustrieben liegt.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vorgelegewelle (5) über eine schaltbare Kupplung (K1) mit einer Übersetzungsstufe (29, 30) verbindbar ist, wobei die Übersetzungsstufe (29, 30) mit einem Getriebeglied (28) des Summierungsgetriebes (24) verbunden ist.

3. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Übersetzungsstufe für den An trieb des stufenlos verstellbaren Getriebes (11) aus einem auf der Vorgelegewelle (5) drehfest angeordneten Rad (6) und einem auf einer Zwischenwelle (8) drehbar gelagerten Rad (7) besteht.

4. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Rad (7) drehfest mit einem Ein gangsglied (10) mit zwei Laufflächen des stufenlosen Ge triebes (11) verbunden ist.

5. Getriebe nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rad (7) und das Eingangsglied (10) ein gemeinsames Bauteil bilden.

6. Getriebe nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsglied (10) aus zwei Torusscheiben (13, 14), die jeweils eine der Lauf flächen aufweisen, und einer die Torusscheiben miteinander verbindenden Hohlwelle (12) gebildet wird.

7. Getriebe nach den Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rad (7) - zwischen den Torusscheiben (13, 14) liegend - drehfest mit der Hohl welle (12) verbunden ist.

8. Getriebe nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die paarweise mit den Laufflächen des Eingangsgliedes (10) zusammenwirkenden Laufflächen Bestandteil zweier Torusscheiben (15, 16) sind, die drehfest mit der Zwischenwelle (12) verbunden sind und die Ausgangsglieder des stufenlosen Getriebes (11) bilden.

9. Getriebe nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zwischenwelle (8) an ihrem freien Ende mit einem Sonnenrad (17) drehfest verbunden ist.

10. Getriebe nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß das Sonnenrad (17) den Eingang ei ner Übersetzungsstufe in Form eines Planetengetriebes (21) bildet.

11. Getriebe nach den Ansprüchen 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwelle (8) an ihrem freien Ende mit einem Zahnrad drehfest verbunden ist, das den Eingang einer Übersetzungsstufe in Vorgelege bauweise bildet.

12. Getriebe nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß das Sonnenrad (17) ein Getriebe glied des Summierungsgetriebes (24) ist.

13. Getriebe nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Steg (20) des Planetengetrie bes (21) drehfest mit einer weiteren Zwischenwelle (22) verbunden ist, die an ihrem freien Ende ein weiteres Son nenrad (23) trägt, das ein Getriebeglied des Summierungsge triebes (24) ist.

14. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das mit der Übersetzungsstufe (29, 30) verbundene Getriebeglied des Summierungsgetriebes (24) ein Steg (28) ist, der Planetenräder (25) trägt, die mit dem Sonnenrad (23) und einem Hohlrad (26) in ständigem Ein griff stehen.

15. Getriebe nach Anspruch 14, dadurch ge kennzeichnet, daß das Hohlrad (26) des Sum mierungsgetriebes (24) mit der Abtriebswelle (27) drehfest verbunden ist.

16. Getriebe nach den Ansprüchen 1, 13 und 15, gekennzeichnet durch eine weitere schaltbare Kupplung (K2), die so angeordnet ist, daß das Summierungs getriebe (24) als Block umläuft.

17. Getriebe nach den Ansprüchen 1 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei geschlossener Kupp lung (K1) der Vorgelegewelle (5) und geöffneter Kupp lung (K2) des Summierungsgetriebes (24) der erste Lei stungsbereich (LOW) geschaltet ist und bei geöffneter Kupp lung (K1) der Vorgelegewelle (5) und geschlossener Kupp lung (K2) des Summierungsgetriebes (24) der zweite Lei stungsbereich (HIGH) geschaltet ist.

18. Getriebe nach Anspruch 17, dadurch ge kennzeichnet, daß das Summierungsgetrie be (24) im zweiten Leistungsbereich als Block umläuft.

19. Getriebe nach den Ansprüchen 1, 8 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die An-, Abtriebs- und Zwischenwellen (2, 8, 12, 22, 27) koaxial angeordnet sind.