DE19828544A1

DE19828544A1 - Stufenloses Reibradgetriebe

Info

Publication number: DE19828544A1
Application number: DE1998128544
Authority: DE
Inventors: Andelko Vesenjak
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1998-06-26
Filing date: 1998-06-26
Publication date: 1999-12-30
Also published as: JP2000035101A

Abstract

Das stufenlose Reibradgetriebe weist eine Eingangswelle und eine koaxial dazu angeordnete Drehmomentwelle auf sowie zwei paarweise angeordnete Eingangsscheiben und Ausgangsscheiben, zwischen denen Reibräder (27) angeordnet sind, die an Trägern (26) befestigt sind. Die Reibräder (27) sind derart in den zugehörigen Trägern (26) angeordnet, daß sie parallel zur Längsachse des Reibradgetriebes eine Verschiebebewegung in Z-Richtung ausführen können, nicht jedoch in einer Richtung senkrecht zur Getriebeachse.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein stufenloses Reibradgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges stufenloses Reibradgetriebe weist übli cherweise koaxial zu einer gemeinsamen Welle angeordnete Eingangs- und Ausgangsscheiben auf, die paarweise zueinan der angeordnet sind und deren Innenflächen toroidförmig ausgestaltet sind sowie zwischen den Paaren von Eingangs- und Ausgangsscheiben angeordnete Reibräder. Diese Reibräder stehen sowohl mit den Eingangsscheiben als auch mit den Ausgangsscheiben in Reibkontakt und übertragen das ihnen von der Eingangsscheibe übertragene Drehmoment auf die Aus gangsscheibe durch reibschlüssigen Kontakt, wobei die Dreh zahl der Reibräder um so höher ist je grösser der Abstand zwischen ihrer Berührungsstelle mit der Eingangsscheibe und der Drehachse ist. Die Drehzahl der Ausgangsscheiben hinge gen ist um so grösser, je näher die Berührungsstelle zwi schen Reibrad und Ausgangsscheibe an der Drehachse liegt. Durch Verschwenkung der Reibräder kann demzufolge die Dreh zahl der Ausgangsscheibe stufenlos und beliebig eingestellt werden. Zu diesem Zweck sind die Drehachsen der Reibräder an einem Träger gelagert, der über eine Verschwenkeinrich tung ansteuerbar ist.

Das Grundprinzip eines derartigen stufenloses Reibrad getriebes ist bereits in der US-2 152 796, die im Jah re 1939 veröffentlicht wurde, beschrieben. Darin sind zwei Paare konkaver Eingangs- und Ausgangsscheiben vorgesehen, zwischen denen schwenkbar gelagerte Reibräder angeordnet sind, so dass ein über eine Eingangswelle den Eingangs scheiben und den Reibrädern übertragenes Drehmoment je nach Relativstellung der Reibräder mit einem davon abhängigen Übersetzungsverhältnis über die Ausgangsscheiben, eine Zahnradstufe und eine Hohlwelle einem Summierungsgetriebe in Form eines Planetengetriebes zugeführt wird. Der Steg des Planetengetriebes treibt eine Ausgangswelle, die mit den Antriebsrädern, z. B. eines Kraftfahrzeuges, verbunden ist. Die Ausgangswelle kann dabei parallel zur und im Ab stand von der Eingangswelle angeordnet sein. Das Ausgangs zahnrad und die beiden Ausgangsscheiben sind drehbar auf einer Hülse gelagert, die an ihren Enden in Lagerstützen abgestützt ist. Die Anordnung der Lagerstützen zwischen jeweils einer Ein- und Ausgangsscheibe setzt einen genügend grossen Bauraum zwischen diesen Scheiben voraus.

Aus der US-4 893 517 ist ein stufenloses Reibradge triebe bekannt mit einer Eingangswelle, die ein Gehäuse durchsetzt. Das Gehäuse ist mittels einer Trennwand in zwei Hohlräume unterteilt, in denen jeweils eine Eingangsscheibe und eine ihr gegenüberliegende Ausgangsscheibe mit dazwi schenliegenden Reibrädern gelagert sind, wobei sowohl die Eingangsscheibe als auch die Ausgangsscheibe in den beiden Hohlräumen auf einer gemeinsamen Achse liegen, zu der die Reibräder zur Erzielung der gewünschten Geschwindig keitsübersetzung verschwenkt werden können. Die beiden Paa re aus Eingangsscheiben und Ausgangsscheiben sind spiegel symmetrisch zueinander in den Hohlräumen derart angeordnet, dass die beiden Ausgangsscheiben nebeneinander liegen, und zwar zu beiden Seiten der die beiden Hohlräume voneinander trennenden Trennwand, in der ein Zahnrad gelagert ist, wel ches von den beiden Ausgangsscheiben gemeinsam mit dem Aus gangsdrehmoment beaufschlagt wird.

Die Reibräder sind dabei in Aussparungen in den Trä gern eingesetzt und exzentrisch darin gelagert, wobei ein Exzenterabschnitt den Träger durchsetzt und ein zweiter Exzenterabschnitt die Reibräder trägt. Bei einer Verstel lung der Träger in Y-Richtung, d. h. senkrecht zur Getrie belängsachse muss wegen der Torusform der Antriebsscheibe und der Abtriebsscheibe das Reibrad eine Bewegung in Z- Richtung, d. h. parallel zur Getriebelängsachse vollführen, damit der Kontakt und somit der Kraftfluss durch das Reib radgetriebe erhalten bleibt. Für die Übertragung von Momen ten durch das Reibradgetriebe sind aber grosse Tangential kräfte in den Berührungspunkten erforderlich. Diese Tangen tialkräfte erfordern grosse Normalkräfte, die senkrecht auf den Antriebsscheiben und Abtriebsscheiben stehen und diese elastisch verformen. Auch hierbei müssen die Reibräder den Scheiben in Z-Richtung folgen. Die Z-Verschiebung aufgrund der Momentenübertragung ist jedoch wesentlich grösser als der Anteil der Z-Verschiebung aufgrund eines Verstellvor ganges. Dieser Ausgleich erfolgte bisher durch die exzen trische Lagerung des Reibrades in der Trägeraussparung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein stufen loses Reibradgetriebe dahingehend auszugestalten, dass bei einer Momentenbelastung des Reibradgetriebes und der damit einhergehenden Verschiebung des Reibrades in Z-Richtung, d. h. parallel zur Getriebelängsachse keine zusätzliche Verschiebung des Reibrades in Y-Richtung, d. h. senkrecht zur Getriebelängsachse, mehr auftritt.

Die Lösung erfolgt mit dem im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmal; ein vorteilhaftes Ausfüh rungsbeispiel ist im Unteranspruch beschrieben.

Durch die erfindungsgemäss vorgeschlagene lineare Füh rung des Reibrades parallel zur Getriebelängsachse, das heisst in Z-Richtung, wird nicht nur der Vorteil erzielt, dass keine zusätzliche Verschiebung des Reibrades senkrecht zur Getriebelängsachse, d. h. in Y-Richtung erfolgt, son dern auch dass die Getriebeübersetzung fast unabhängig von dem zu übertragenden Moment ist, so dass die Nachführung der Sollübersetzung entfallen kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbei spiel dargestellt ist.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Reibradgetrie be,

Fig. 2 einen Radialschnitt durch einen herkömmli chen Träger mit exzentrisch darin gelagertem Reibrad,

Fig. 3 einen Radialschnitt durch einen erfindungs gemäss ausgestalteten Träger und

Fig. 4 einen Axialschnitt durch den in Fig. 3 dar gestellten Träger.

In Fig. 1 ist ein Schnitt durch ein stufenloses Ge triebe dargestellt, wobei im folgenden nur die für das Ver ständnis der Erfindung wesentlichen Bauteile beschrieben werden.

Das Reibradgetriebe 1 (bzw. Toroidgetriebe) weist eine Eingangswelle 3 auf, die mit einem nicht dargestellten An fahrelement, z. B. mit einem Drehmomentwandler oder einer nass laufenden Anfahrkupplung einer Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeuges verbunden ist. Das Getriebe enthält zwei Getriebeeinheiten, die koaxial zur Eingangswelle 3 angeord net sind. Die eine Getriebeeinheit weist eine Eingangs scheibe 5 und eine Ausgangsscheibe 6 auf, deren einander zugewandte Oberflächen toroidförmig ausgestaltet sind; die andere Getriebeeinheit weist eine Eingangsscheibe 12 und eine Ausgangsscheibe 11 auf, deren einander zugewandte Oberflächen ebenfalls toroidförmig ausgestaltet sind. In den beiden Getriebeeinheiten sind jeweils vorzugsweise zwei Reibräder vorgesehen, die an schwenkbaren Trägern befestigt sind; die Reibräder stehen in reibschlüssigem Kontakt mit den beiden ihnen zugewandten Oberflächen der Eingangsschei ben 5, 12 und der Ausgangsscheiben 6, 11, wobei die Reibrä der jeder Getriebeeinheit symmetrisch zur Achse der Ein gangswelle 3 angeordnet sind.

Werden nun die Reibräder durch die nicht im einzelnen dargestellte Verschwenkeinrichtung bezüglich der Längsachse der Eingangswelle 3 geneigt, so verschieben sich die Berüh rungspunkte des Umfangs der Reibräder, wodurch das Überset zungsverhältnis zwischen einer Eingangs- und einer Aus gangsgeschwindigkeit kontinuierlich, d. h. stufenlos einge stellt werden kann.

Die Scheiben 5, 6, 11, 12 sind auf einer Drehmoment welle 20 gelagert, die geringfügig in Axialrichtung relativ zur Eingangswelle verschiebbar ist. Die Eingangsscheibe 5 der einen Getriebeeinheit ist drehfest mit der Drehmoment welle 20 verbunden, jedoch axial gleitend auf ihr über eine kugelförmige Verriegelungsanordnung 19 (Ball-Spline) gela gert. Auch die Eingangsscheibe 12 der anderen Getriebeein heit ist drehfest durch eine Mitnahmeverzahnung mit der Drehmomentwelle 20 verbunden. Die beiden Ausgangsschei ben 6, 11 der beiden Getriebeeinheiten sind spiegelsymme trisch zueinander und nebeneinander im Getriebe angeordnet und auf einer gemeinsamen Buchse angeordnet, wobei die Aus gangsscheibe 11 fest mit einem Zahnrad 8 verbunden ist, das drehbar die Drehmomentwelle 20 umgibt. Ein Drehmoment, das von der einen Eingangsscheibe 5 der Ausgangsscheibe 6 und ein Drehmoment, das von der anderen Eingangsscheibe 12 der Ausgangsscheibe 11 übertragen wird, wird von den beiden drehfest mit der Buchse verbundenen Ausgangsscheiben dem Zahnrad 8 übertragen, welches mit einem nicht dargestellten Zahnrad einer Ausgangswelle kämmt.

Mit 4 ist eine rollenförmige Anpresseinrichtung be zeichnet, die zwischen der Eingangsscheibe 12 mit einer Kurvenbahn und einer Scheibe 10 mit einer Kurvenbahn vorge sehen ist und die in Axialrichtung verschiebbar auf der Eingangswelle 3 gelagert ist sowie drehfest mit ihr verbun den ist, wobei sie mit Hilfe der Anpresseinrichtung 4 die Eingangsscheibe 12 in Axialrichtung zur Ausgangsscheibe 11 hin beaufschlagt. Die Scheibe 10 ist über eine Verriege lungseinrichtung 17 auf der Eingangswelle gelagert.

Mit 9 ist ein Axialflansch bezeichnet, an dem sich die Eingangsscheibe 5 über ein Universallager 18 abstützt. Die Eingangsscheibe 5 ist ferner über eine Verriegelungsanord nung (Ball Spline) 19, die eine drehfeste Verbindung mit der Drehmomentwelle 20 gewährleistet, axial verschiebbar auf letzterer gelagert.

Das Universallager 18, welches das herkömmliche Axiallager und das herkömmliche Radiallager der Eingangs scheibe 5 ersetzt, nimmt alle Radial- und Axialkräfte, die auf die Eingangsscheibe 5 einwirken, auf. Es ist vorzugs weise als Kugellager ausgestaltet, das einerseits in eine in der Eingangsscheibe eingearbeitete halbkreisförmige Aus sparung 21 eingreift und andererseits in eine komplementär ausgebildete Aussparung 22 im Axialflansch 9. Diese beiden Aussparungen sind vorteilhafterweise höhenversetzt zueinan der angeordnet.

Mit 7 ist ein topfförmiges Lagerstützglied bezeichnet, in dem das Zahnrad 8 gelagert ist und das die beiden Ge triebeeinheiten voneinander trennt. Mit 13, 14, sind die oberen Querjoche bezeichnet und mit 15 und 16 Zapfen für die Träger der Reibräder, die über eine geeignete Befesti gungsvorrichtung im Halterahmen 2 befestigt sind.

In Fig. 2 ist ein Schnitt durch einen herkömmlichen Träger 26 dargestellt, dessen oberes Ende das obere Quer joch 13 und dessen unteres Ende das untere Querjoch 31 durchsetzt. Das Reibrad 27 ist in einer Aussparung 28 des Trägers exzentrisch gelagert, wobei ein Exzenterab schnitt 30 das Reibrad durchsetzt und ein zweiter mit ihm verbundener Exzenterabschnitt 29 den Träger 26 durchsetzt. In herkömmlicher Weise kann dieser Träger 26 mit dem exzen trisch darin gelagerten Reibrad 30 eine Bewegung in Y- Richtung, d. h. senkrecht zur Getriebelängsachse vollführen mittels einer herkömmlichen, nicht dargestellten, unterhalb des Trägers 26 angeordneten Verstelleinrichtung, die bei spielsweise einen mit dem Träger 26 fest verbundenen hy draulisch beaufschlagbaren Kolben aufweist, der wiederum über einen Vierkantenschieber, ein Kniegelenk und eine Kur venscheibe in Y-Richtung verstellbar ist. Bei dieser Höhen verstellung in Y-Richtung des Trägers 26 führt wegen der Torusform der Antriebsscheiben und der Abtriebsscheiben das Reibrad 27 eine Bewegung in Z-Richtung aus, damit der Kon takt und somit der Kraftfluss durch das Reibradgetriebe nicht unterbrochen wird. Ferner sind dabei für die Momen tenübertragung durch das Reibradgetriebe grosse Tangential kräfte in den Berührungspunkten zwischen Reibrad und zuge hörigen torusförmigen Scheiben erforderlich. Diese Tangen tialkräfte erfordern grosse Normalkräfte, die senkrecht auf den entsprechenden Scheiben stehen und diese dadurch ela stisch verformen. Auch hierbei muss das Reibrad 27 den bei den Scheiben in Z-Richtung folgen. Diese Z-Verschiebung während der Momentenübertragung ist noch wesentlich grösser als diejenige, die aus einem Verstellvorgang resultiert. Bei dieser Z-Verschiebung führt das Reibrad 27 aufgrund der exzentrischen Lagerung im Träger 26 zugleich auch eine Ver schiebung in Y-Richtung aus, wodurch wiederum eine Verstel lung ausgelöst wird. Dies bringt den Nachteil mit sich, dass die Ist-Übersetzung bei Momentenbelastung des Reibrad getriebes von der Sollübersetzung abweicht. Die Sollüber setzung des Reibradgetriebes muss demzufolge dem Variator moment entsprechend nachgeführt werden.

Erfindungsgemäss ist nun gemäss Fig. 3 das Reibrad 27 in der Aussparung 28 des Trägers 26 nicht mehr exzentrisch gelagert, sondern wird linear parallel zur Getriebelängs achse 35 geführt. Diese lineare Führung in Z-Richtung sorgt dafür, dass bei Momentenbelastung des Reibradgetriebes und der dabei notwendigen Z-Verschiebung des Reibrades keine zusätzliche Y-Verschiebung des Reibrades mehr auftritt, so dass aufgrund dieser linearen Führung parallel zur Reibrad getriebelängsachse der Vorteil erzielt wird, dass die Über setzung des Reibradgetriebes fast unabhängig von dem zu übertragenden Moment ist.

Bei Führung des Reibrades linear und damit parallel zur Getriebslängsachse wird also die momentenabhängige Übersetzungsabweichung auf ein Minimum reduziert, wodurch die Nachführung der Sollübersetzung entfallen kann. Damit bietet diese Linearführung insbesondere beim Lastwechsel, bei dem besonders grosse Momentensprünge auftreten, erheb liche Vorteile.

Bei dem in Fig. 3 und 4 dargestellten bevorzugten Aus führungsbeispiel ist wiederum ein Träger 26 mit seinem obe ren Ende im oberen Querjoch 13 und mit seinem unteren Ende im unteren Querjoch 31 gelagert. In der Aussparung 28 des Trägers 26 sitzt ein Reibrad 27, welches hierbei nicht ex zentrisch gelagert ist; der Zapfen 32, der das Reibrad 27 trägt, greift in eine schwalbenschwanzförmige Aussparung 34 im Mittenbereich des Trägers 26 ein, wobei zu diesem Zweck das eingreifende Ende des Zapfens 32 mit einer daran ange passten schwalbenschwanzförmigen Verdickung 33 versehen ist; diese Verdickung ist in Z-Richtung in der Ausspa rung 34 verschiebbar, wie es in Fig. 4 durch den mit Z bezeichneten Doppelpfeil angedeutet ist, so dass eine li neare Führung parallel zur Längsachse 35 des Reibradgetrie bes ermöglicht wird bei gleichzeitiger Verhinderung einer Verschiebung des Reibrades 27 in Y-Richtung.

Selbstverständlich sind auch andere Lösungen für die Ausgestaltungen der Linearführung des Trägers 26 mit dem Reibrad 27 parallel zur Getriebelängsachse 35 denkbar.

Bezugszeichenliste

1

Getriebe

2

Halterahmen

3

Eingangswelle

4

Anpresseinrichtung

5

Eingangsscheibe

6

Ausgangsscheibe

7

Lagerstützglied

8

Zahnrad

9

Axialflansch

10

Scheibe mit Kurvenbahn

11

Ausgangsscheibe

12

Eingangsscheibe

13

oberes Querjoch

14

oberes Querjoch

15

Zapfen

16

Zapfen

17

Verriegelungsanordnung

18

Universallager

19

Verriegelungsanordnung

20

Drehmomentwelle

21

Aussparung

22

Aussparung

25

oberes Lager

26

Träger

27

Reibräder

28

Aussparung

29

Exzenterabschnitt

30

Exzenterabschnitt

31

unteres Joch

32

Zapfen

33

schwalbenschwanz förmige Verdickung

34

schwalbenschwanz förmige Aussparung

35

Getriebelängsachse

Claims

1. Stufenloses Reibradgetriebe, mit:

1. einer Eingangswelle (3),
2. einer koaxial dazu angeordneten Drehmomentwelle (20),
3. zwei koaxial zur Eingangswelle angeordneten Eingangs scheiben (5, 12) mit toroidförmigen Innenflächen,
4. zwei koaxial zur Eingangswelle angeordneten Ausgangs scheiben (6, 11) mit toroidförmigen Innenflächen, wo bei je eine Eingangsscheibe und eine Ausgangsscheibe ein Paar bilden und die beiden Ausgangsscheiben spie gelsymmetrisch zueinander und nebeneinander angeordnet sind,
5. mehreren Reibrädern, die zwischen den Innenflächen der Paare der Eingangsscheiben und Ausgangsscheiben ver schwenkbar angeordnet sind zur Übertragung eines Drehmomentes von der Eingangsscheibe auf die zugehöri ge Ausgangsscheibe,
6. eine Anpresseinrichtung (4) für eine der Eingangs scheiben, um diese in Richtung Ausgangsscheiben zu be aufschlagen,
7. einem Zahnrad zwischen den beiden Ausgangsscheiben;
8. einem Axialflansch (9), der mit der Eingangswelle (3) fest verbunden ist, und auf dem sich diejenige Ein gangsscheibe (5) abstützt, die nicht von der Anpres seinrichtung (4) beaufschlagt wird,

dadurch gekennzeichnet, dass jeder ein Reibrad (27) tragender Zapfen (32) als gerader Zapfen aus gebildet ist und in einer eine Linearbewegung Z parallel zur Längsachse (35) des Reibradgetriebes ermöglichenden Führung gelagert ist.

2. Reibradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Führung aus einer schwalbenschwanzförmigen langgestreckten Aussparung (34), deren Längsachse sich parallel zur Getriebelängsachse (35) erstreckt, im Träger (26) besteht, in die eine schwalben schwanzförmigen Verdickung (33) des Zapfens (32) verschieb bar eingreift.