DE2815322A1 - Zuggesteuertes in-line-getriebe - Google Patents

Description

18.495/6 40/kr 4. April 1978

Bales McCoIn Research Inc.,
4401 Montana, El Paso, Texas/USA

ZuRftesteuertes "In-Line"-Getriebe

Die Erfindung bezieht sich auf Getriebe mit veränderlicher Übersetzung. -■;.-"■"-■

In der Patentanmeldung P 27 37-391 -ist bereits ein Getriebe vorgeschlagen worden, das sich durch eine Reibantriebseinheit auszeichnet, durch die ein kleiner Bruchteil- des gesamten, durch das Getriefte übertragenen Drehmoments dazu verwendet wird, das gesamte /Übersetzungsverhältnis des Getriebes in geschickter und sear wirksamer Weise zu ändern bzw. festzulegen, indem für eine besonders günstige Beziehung zwischen dem Übersetzungsverhältnis und dem Kontaktdruck in der Reibantriebπeinheit gesorgt "wird. Die Reibantriebseinheit ist seitlich versetzt zum Hauptgetriebe angeordnet und weist ein angetriebenes Reibrad auf, das entlang einer festen Bahn axial verschiebbar ist, die parallel zu der gemeinsamen Drehachse der Antriebs- und der Abtriebswelle des Getriebes verläuft. Das andere Reibrad mit variablem Durchmesser ist an einem verschwenkbaren. Bügel für eine begrenzte Korrekturverschiebung bei einer axialen Verstellung des mit ihm in ReibSchluß stehenden angetriebenen Rades angeordnet, um das Übersetzungsverhältnis zu ändern.

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Gemäß der Erfindung wird nun ein stufenlos verstellbares Übersetzungsgetriebe mit einem Antriebs- und einem Abtriebselement und einer das Antriebs- und das Abtriebselement antriebsmäßig verbindenden Hauptgetriebeanordnung zum Übertragen hoher Drehmomente vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine antriebsmäßig zwischen dem Antriebselement und der Hauptgetriebeanordnung geschaltete, ein relativ niedriges Drehmoment voreinstellende Getriebeeinheit zur Vorgabe eines Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Antriebs- und dem Abtriebselement vorgesehen ist, sowie eine durch das Antriebselement angetriebene verstellbare Reibantriebseinheit, um mit Hilfe des Drehmomenteinstellgetriebes dieses Übersetzungsverhältnis zu steuern, wobei die Reibantriebseinheit ein Reibrad aufweist, das um eine feststehende Achse drehbar ist, die koaxial zum Antriebs- und zum Abtriebselement verläuft.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Reibantrieb ein Rad bzw. einen Rollkörper mit sich entlang seiner Länge änderndem Durchmesser auf, wobei das Rad durch eine Antriebswelle um die gemeinsame Drehachse von der Antriebs- und der Abtriebswelle angetrieben wird. Ein Abtriebsreibrad ist an einem schwenkbaren Bügel angeordnet und entlang einer mit Keilnuten versehenen Welle zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes verschiebbar. Der Kontaktdruck zwischen den Rädern ändert sich in Abhängigkeit von der Position des Abtriebsreibrades und der Krümmung der Reibräder entlang ihrer Berührungslinie. Der Kontaktdruck wird dabei in einer optimalen V/eise derart geändert, daß ein minimaler Druck in der neutralen Stellung des Abtriebsreibrades auftritt, wie sie durch die Antriebsbeziehungen in dem Getriebe vorgegeben ist, das axial mit dem Reibrad mit veränderlichem Durchmesser ausgerichtet ist. Alternativ hierzu kann das axial verschiebbare Reibrad um eine feststehende Achse drehbar sein, die koaxial zur Antriebs- und zur Abtriebswelle verläuft, während das Reibrad mit veränderlichem Durchmesser gegenüber der feststehen-

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den Achse geneigt am Bügel angeordnet ist. Wird die letztere Anordnung gewählt, so kann eine Mehrzahl von Reibrädern mit variablem Durchmesser vorgesehen werden, die auf einerMehrzahl von Bügeln angeordnet sind und mit dem axial verschiebbaren Reibrad antriebsmäßig in Eingriff stehen, um die Drehmomentbelastung zu verteilen und dadurch die Drehmomentleistung des Getriebes zu erhöhen. Die Kraftübertragung durch das Getriebe kann durch Lösen einer hydrostatischen Bremse unterbrochen werden, die einen schwimmenden Träger für ein Ringräder in der Hauptgetriebeanordnung verbindendes Zahnradvorgelege festhält.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden, anhand der beiliegenden Zeichnung erfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiele. In der Zeichnung stellen dar:

Figur 1 in einer teilweise schematischen Seitenansicht

eine Ausführungsform des Getriebes gemäß der Erfindung,

Figuren 2, 3 und 4· vergrößerte Schnittansichten des Getriebes entlang den Linien 2-2, 3-3 und Λ-4- der Figur 1,

Figur 5 eine vergrößerte Schnittansicht durch die Reib-

antriebseinheit entlang der Linie 5-5 der Figur und

Figur 6 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung verschiedener, beim Getriebe der Figur 1 auftretender Betriebsbedingungen.

Es wird nun auf Figur 1 Bezug genommen. Dan Getriebe 12 wei.^f;t eine Antriebswelle 16 und eine axial fluchtende Abtriebswelle

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auf. Die Antriebswelle ist unmittelbar mit einer stufenlos verstellbaren Reibantriebseinheit 42 verbunden, mit der das gesamte Übersetzungsverhältnis des Getriebes gesteuert werden kann. Eine Hauptgetriebeanordnung 40 verbindet antriebsmäßig die Antriebswelle mit der Abtriebswelle, während ein Drehmomenteinstellgetriebe 44 die verstellbare Reibantriebseinheit 42 antriebsmässig mit der Hauptgetriebeanordnung 40 verbindet. Das Drehmomenteinstellgetriebe 44 dient dazu, die gewöhnlich auftretenden Belastungen der verstellbaren Reibantriebseinheit zu vermindern, wenn diese zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses für das gesamte Getriebe herangezogen wird.

Wie insbesondere aus den Figuren 1, -*> und 4 ::\i ersehen ist, v/eist die Hauptgetriebeanordnung 40 ein DifferentiaL-I'lanefcengetriebe 46 mit einem am inneren Ende der Antriebswelle 16 befestigten Sonnenrad 48 auf. Das Sonnenrad 4S kämmt ständig mit Platte benradern 50, die drehbar auf einem Planet; en rad träger 52 angeordnet sind. Die Planetenräder 50 kämmen außerdem mit· einem Rinprrad 54, das eine Außenverzahnung 56 aufweist, die in Eingriff mit einem Zahnradvorgelege steht. Das Zahnradvorgelege weist ineinandergreifende Zahnräder 58» 60 auf, die antriebsmäßig das Ringrad 54 mit einem dem Planetengetriebe 66 zugeordneten Ringrad 64 verbinden. Die parallelen Achsen der Zahnräder des Zahnradvorgeleges sind an einem Träger 62 drehbar angeordnet, dessen Drehung durch eine an einen geschlossenen Strömungsmittelsteuerkreis 22 angeschlossene hydrostatische Bremseinrichtung 74 bekannter Bauart gebremst werden kann. Das Planetengetriebe 66 weist Planetenräder 68 auf, die ständig mit dem Ringrad 64 kämmen und drehbar an einem PIanetenradträger 70 angeordnet sind, der an der Abtriebswelle 18 befestigt ist. Die Planetenräder 68 kämmen außerdem mit einem Sonnenrad 72, das am Planetenradträger 52 des Differentialgetriebes 46 befestigt ist.

Offensichtlich überträgt die Antriebswelle 16 das Drehmoment

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über das Differentialgetriebe mit einem ^!>berset:'"ungaverh.^:ilLniü, das von der Drehgeschwindigkeit des Planetenradträgers 52 gegenüber dem Sonnenrad 48 abhängig ist. Bev Planetenrad träger 52 läuft daher mit einer kleineren Geschwindigkeit bzw. Drehzahl als die AntriebsweKLe, um unter dem Einfluß der Steuerung eines vergleichsweise kleinen Drehmomentantriebs durch die Reibantriebseinheit 42 die Übertragung' eines hohen Drehmoments durch das Differentialgetriebe 46 auf das Ringrad 54 zu ermöglichen. Der Getriebezug, durch den das niedrige Drehmoment auf den Planetenträger 52 zwecks Steuerung der Übersetzung übertragen wird, endet am Sonnenrad 72 des Planetengetriebes 66, auf das das hohe Drehmoment von dem Ringrad 54 .über das durch die Zahnräder 58, 60 und 61 gebildete Zahnradvorgelege übertragen wird, wenn der schwimmende Getriebeträger 62 durch die hydrostatische Bremseinrichtung stationär festgehalten wird. Eine manuelle Steuerung bzw. eine Überholsteuerung des Getriebes wird durch die hydrostatische Bremseinrichtung mit Hilfe des Strömungsmittelkreises 22 bewirkt. Eine Leerlauf- und Antriebssteuerventilänordnung 24 kann--in"dem Strömungsmittelkreis durch Steuerung des Durchflusses vorgesehen sein. Ein durch eine Feder oder automatisch vorgespanntes Drehmomentsteuerventil 26 kann ebenfalls parallel zur Sfceuerveirtilanö-rdnung 24 geschaltet sein. Ein Sammler 28 dient zum Schutz gegen Stoße. Ein mit dem Strömungsmittelkreis verbundener Drucksensor 29 erfaßt das durch das Getriebe übertragene Drehmoment und gibt ein Signal an eine automatische Steuereinheit 30 zur Änderung der Federspannung einer Einrichtung 152 ab, um eine sprunghafte Zunahme der drehmomentmäßigen Belastung des Getriebes auszugleichen. Andere Steueranordnungen können natürlich für die Bremseinrichtung 74 ebenfalls verwendet werden. Ferner ist an der Abtriebswelle 18 einElement 80 einer Feststellbremse angeordnet..

Für das oben beschriebene Getriebe kann ein geeignetes Gehäuse vorgesehen werden. Das Gehäuse trägt einen feststehenden Schwenkzapfen 92, um den ein Gleitbügel 120 in einer durch die gemeinsame Drehachse der Antriebs- und der Abtriebswelle hindurchgehenden

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Schwenkebene verschwenkbar ist. Im Gleitbügel 120 ist mit Hilfe auf Abstand gehaltener Lager eine Positionssteuerspindel 124 drehbar angeordnet. Das Gewinde der Spindel 124- greift in ein Gewinde eines Schlittens 112, wie in den Figuren 1 und 5 gezeigt, wodurch ein Reibrad 110 axial entlang einer Welle 118 verschiebbar ist, mit der das Reibrad verkeilt ist. Die Welle 118 ist mit Hilfe eines Lagers 190 drehbar am Bügel 120 angeordnet und dreht sich um eine zu der Spindel 124 parallele Achse. Ein Kupplungsgelenk 100 verbindet die Keilnutenwelle 118 mit einem Zahnrad 132, um ein niedriges Steuerdrehmoment auf das Drehmomenteinstellgetriebe 44 übertragen zu können. Das Zahnrad 132 kämmt mit einem Zahnrad 134. Die Zahnräder 132 und 134- haben feststehende Achsen und übertragen das niedrige Drehmoment auf ein Ringrad 136, das dem Drehmomenteinstellgetriebe 44 zugeordnet ist. Das Ringrad 136 kämmt ständig mit Planetenräderii 138, wie es in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist, wobei die Planetenräder an demselben Planetenradträger 52 drehbar angeordnet sind, der mit der Hauptgetriebeanordnung verbunden ist. Ein auf der Antriebswelle 16 befestigtes Sonnenrad 140 kämmt mit den Planetenrädern 138.

Das Reibrad 110, dessen Durchmesser im wesentlichen konstant ist, wird in Reibschluß mit einem Antriebsreibrad 94 mit sich änderndem Durchmesser gehalten, das an der Antriebswelle befestigt ist und sich mit ihr um die zentrale Drehachse des Getriebes dxeht. Eine einstellbare Druckeinrichtung 1S2, wie sie z.B. in der eingangs genannten Patentanmeldung näher beschrieben ist, drückt gegen den Gleitbügel 120, um für den Kontaktdruck zwischen den Reibrädern 110 und 94- zu sorgen. Der Bereich, in dem sich die beiden Reibelemente berühren, wird natürlich verschoben, wenn die Spindel 124 gedreht wird, so daß sich das Übersetzungsverhältnis des Getriebes und gleichzeitig das Hebelverhältnis ändert, das für die Übertragung der Kraft der Druckeinrichtung 152 auf den Berührungsbereich maßgebend ist. Daher ändert sich die Berührungskraft mit der Stellung des Reibrads 110, und zwar in einer nichtlinearen Abhängigkeit, wie sie durch die Kurve 168 in Figur 6

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dargestellt ist. Die Geometrie der beschriebenen Anordnung ist derart gewählt, daß das Minimum der Kurve 168 mit der Neutralstellung des Getriebes entsprechend einem Übersetzungsverhältnis von O zusammenfällt, wobei die Ordinate 162 das Obersetzungsverhältnis wiedergibt. Das Übersetzungsverhältnis ändert sich proportional mit der Verschiebung des Reibrades 110, wie es durch die gestrichelte Gerade 158 dargestellt ist, wobei die Abszisse 160 die Stellung des Reibelements wiedergibt.

Das Reibrad 110 wird entlang der Welle 118 zwischen einer ersten Endstellung, die in Figur 1 gezeigt ist, und in der die Durchmesser der Reibräder beispielsweise gleich sind, und einer entgegengesetzten zweiten Endstellung verschoben, in der der Durchmesser des Reibrades 94- wesentlich größer als der des Reibrades 110 ist, um das Übersetzungsverhältnis der Reibantriebseinheit 4-2 und damit das Übersetzungsverhältnis des gesamten Getriebes zu ändern. Gewöhnlich greifen die Reibräder entlang einer Geraden oder konstant konischen Bahn entsprechend dem Neigungswinkel zwischen der Drehachse der Antriebswelle 16 und der Keilnutenwelle 118 aneinander an. Um jedoch den unterschiedlichen Anforderungen hinsichtlich der Drehmomentübertragung gerecht zu werden, wird die Bahn bzw.

feändert _{D o} ^ _ _w fen,

indem das Reibrad 94· derart ausgebildet wird, daß sich die Krümmung 154 des Mantels in Längsrichtung ändert. Die Krümmung 15^ kann dabei derart gewählt werden, daß sich der Kontaktdruck in Abhängigkeit von der Getriebeübersetzung ändert. Das Reibelement 110 weist eine ebenfalls vom Grundneigungnwinkel abweichende Krümmung 156 auf. Wird das Reibrad 110 zwischen seinen Kndπ bellungen verschoben, so wird es gleichzeitig ein wenig um den LJchwenk/.apfen 92 geschwenkt, wodurch der Grundneigungswinkel, von dem die Krümmungen 154 und 156 der Reibräder abweichen, korrigiert wird. Die Krümmungen 154 und 156 verlaufen in dem Berührungsbereich zwischen den Reibradoberflächen bei allen Stellungen des Reibrades 110 theoretisch tangential zueinander, um den Schlupf zu minimalisie- ren. Dabei kann es notwendig sein, daß die Krümmung 156 derart

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korrigiert werden muß, daß der Schnittpunkt zwischen der Drehachse des Reibrades 94 und der ITeigungslinie in einem konstanten Abstand vom Schwenkpunkt des Schwenkzapfens 92 gehalten wird, um das normale Drallmoment der Zugkraft zu minimalisieren. Eine solche Fehlerkompensation wird eine gewisse Änderung der Berührungsfläche zwischen den Reibrädern ergeben, um den Kontaktdruck bei jeder beliebig vorgegebenen Anpreßkraft zu beeinflussen, die durch die Druckeinrichtung 152 bei verschiedenen Hebelverhältnissen ausgeübt wird. Der sich ergebende Kontaktdruck, der von den veränderlichen Größen wie der Anpreßkraft, der Berührungsfläche, der Reibradkrümmungen und dem Hebelverhältnis abhängig ist, ändtjr-t sich in Abhängigkeit von der Verschiebung des Reibrades 110. DLe Kurve 174 in Figur 6 zeigt diene "lbhMngigkeit. 'wie aus Figur- β ?,\x entnehmen ist, weist die Kurve 174 der; resultierenden Druckes ebenfalls einen Minimalwert in der Neutralsteilung des Reibrades 110 auf.

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BAD ORIGINAL

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Le ers ei te

Claims (5)

1. etriebe mit verstellbarer Übersetzung, mit einem Antriebsund einem Abtriebselement und einer das Antriebs- und das Abtriebselement antriebsmäßig miteinander verbindenden Hauptgetriebeanordnung zur Übertragung hoher Drehmomente, dadurch gekennzeichnet, daß eine antriebsraäßig zwischen dem Antriebselement (16) und der HaupIgetriebeandOrdnung (40) geschaltete, ein niedriges Drehmoment voreinsteilende Getriebeeinheit (44) zur Vorgabe des ÜbersetzungsVerhältnisses zwischen dem Antriebs- und dem Abtriebselement (16, 18) vorgesehen ist, sowie eine durch das Antriebselement (16) angetriebene, verstellbare Reibantriebseinheit (42), um mit Hilfe des Drehmomenteinstellgetriebes (44) dieses Übersetzungsverhältnis zu steuern, wobei die Reibantriebseinheit (42) ein Reibrad (94) aufweist, das um eine feststehende Achse drehbar ist, die koaxial zum Antriebs- und zum Abtriebselement verläuft.
2. 2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reib antriebseinheit (42) ein an das Antriebsreibrad (94) angreifendes Abtriebsreibrad (110) aufweist, daß das Abtriebsreibrad (110) sich um eine bewegliche Achse dreht, die im allgemeiren parallel zu einer G-rundneigungslinie verläuft, entlang der die

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   Reibräder (94-, 110) aneinander angreifen, und daß dar; Abtriebsreibrad (110) entlang der beweglichen Achse zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses verschiebbar ist.
3. 3. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Anlage kommenden Oberflächen (154-, 156) der Reibräder (94-, 110) in einer Weise gekrümmt sind, daß die Krümmungen von der Grundneigungslinie abweichen, um einen optimalen Kontaktdruck in jeder Stellung des Antriebsreibrades (94-) zu erhalten.
4. 4. Getriebe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rexbantriebseinheit (42) derart ausgebildet ist, daß das Übersetzungsverhältnis linear in Abhängigkeit von der Verschiebung des Abtriebsreibrades (110) geändert wird.
5. 5. Getriebe nach einem der Ansprüche ?. bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibantriebseinheit (42) eine Drucksteuereinrichtung (152, 30) aufweist, um bei einem veränderlichen Flebelverhältnis eine Anpreßkraft auf einer; der Reibräder auszu

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