DE3441616A1 - Getriebe mit stufenlos verstellbarem uebersetzungsverhaeltnis - Google Patents

Getriebe mit stufenlos verstellbarem uebersetzungsverhaeltnis

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Description

National Research Development Corporation, 101 Newington Causeway, London SE1 6BU, England
Getriebe mit stufenlos verstellbarem übersetzungsverhältnis
Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit stufenlos verstellbarem übersetzungsverhältnis nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Dabei handelt es sich um eine Getriebegattung, wie sie beispielsweise zur Verbindung des Antriebsmotors eines Kraftfahrzeugs mit den angetriebenen Rädern geeignet ist.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die an sich bekannte Gattung solcher Getriebe mit stufenlos verstellbarem übersetzungsverhältnis, deren Betriebsweise deutlich in zwei unterschiedliche Betriebszustände unterteilt werden kann, deren Betriebsart und gegenseitiger Zusammenhang nachstehend erläutert werden. 15
Zunächst sei angenommen, daß das Eingangsglied des Getriebes vom Antriebsmotor mit konstanter Drehzahl angetrieben wird, und daß das Getriebe sich im ersten Betriebszustand befindet, wobei die übersetzungsverhältnis-Verstellbaugruppe des Getriebes, in seine eine Extremstellung eingestellt ist. Typischerweise dreht sich nun
-M-
das Abtriebsglied des Getriebes in Rückwärtsrichtung und mit maximaler Drehzahl. Wird die Einstellung der Verstellbaugruppe nun fortschreitend in Richtung auf ihre entgegengesetzte Extremstellung hin verändert/ wird typischerweise die Drehzahl des Abtriebsglieds fortschreitend kleiner, bis vor dem Erreichen der entgegengesetzten Extremstellung sich ein Zustand einstellt, bei welchem die Abtriebszahl Null ist, wobei dieser Einstellzustand des Getriebes allgemein als Leerlaufübersetzungseinstellung (bei im Eingriff befindlichem Getriebe) bekannt ist. Wenn die Einstellung der Verstellbaugruppe dann weiter in Richtung zu der anderen Extremstellung verändert wird, beginnt das Abtriebsglied, sich mit zunehmender Drehzahl in der Vorwärtsrichtung zu drehen.
Wenn dann der zweite Betriebszustand anstelle des ersten Betriebszustands zur Wirkung gebracht wird und die Einstellung der Verstellbaugruppe fortschreitend zurück in Richtung der ersteren Extremstellung verändert wird, verbleibt das Abtriebsglied im vortwärtsdrehzustand und seine Drehzahl erhöht sich stetig bis zur maximalen Vorwärtsdrehzahl.
Die Erfindung ist insbesonderes auf Getriebe der sogenannten Toroidlaufflächen-Reibrad-Bauart anwendbar, von welcher die GB-PS 1 078 791 ein Beispiel zeigt, bei welchem die Verstellbaugruppe eine Eingangsscheibe aufweist, die vom Antriebsmotor angetrieben wird und die eine an einer Stirnfläche gebildete koaxiale Toroidlauffläche aufweist. Das Abtriebsglied der Verstellbaugruppe weist eine koaxiale Abtriebsscheibe auf, die mit einer ähnlichen und derjenigen der Eingangsscheibe zugewandten Toroidlaufflache versehen ist, wobei diese beiden Laufflächen zusammen die Oberfläche eines einzigen gedachten
Torus bilden. Das Drehmoment wird von der Eingangsscheibe auf die Ausgangsscheibe mittels einer Gruppe von Rollen übertragen, die jeweils mit beiden Laufflächen in reibschlüssiger Berührung stehen und so angeordnet sind, daß sie mit ihren Mittelpunkten auf der kreisförmigen Torusmittellinie umlaufend und ihre eigenen Drehachsen jeweils die gemeinsame Achse der beiden Scheiben schneided. Durch Veränderung der Einstellung der Rollen derart, daß ihre Mittelpunkte weiter auf der kreisförmigen Torusmittellinie verbleiben, ihre eigenen Drehachsen jedoch die Drehachse der Scheibe an einem anderen Punkt schneiden, wird das Drehzahlverhältnis zwischen der Eingangsscheibe und der Abtriebsscheibe und folglich das Übersetzungsverhältnis des Getriebes insgesamt verändert.
Bei der Anordnung nach der GB-PS 1 078 791 ebenso wie bei anderen bekannten Getrieben dieser Gattung verbindet ein verstellbarer, Zahnräder aufweisender Mechanismus das Abtriebsglied des Getriebes sowohl mit der Abtriebsscheibe der Verstellbaugruppe als auch über andere Mittel als die Rollen mit dem antriebsmotorseitigen Getriebeeingang, Der Mechanismus kann in zwei verschiedene Anordnungszustände entsprechend den schon erwähnten beiden Betriebszuständen gebracht werden. In dem einen Anordnungszustand des Mechanismus befindet sich das Getriebe also in seinem ersten Betriebszustand, und eine Änderung der Einstellung der Rollen durch Drehen derselben um eine etwa tangential zum Mittellinienkreis des Torus verlaufende Verstellachse aus einer ersten Extremstellung in die entgegengesetzte Extremstellung bewirkt, daß der Antrieb des Getriebes von der vollen Rückwärsdrehzahl durch den Leerlaufzustand (Nulldrehzahl) hindurch auf langsame Vorwärtsdrehzahl übergeht, wie schon oben beschrieben. Der Mechanismus und seine Getrieberäder sind so ausgelegt, daß bei einer Änderung seines Anordnungszustandes zum überführen des Getriebes in seinen zweiten Betriebszustand, wobei die
-jf -
Rollen in ihrer zweiten Extremstellung verbleiben, ■ keine plötzliche Änderung der Drehzahl des Abtriebsglieds stattfindet. Eine solche Umstellung ist als Synchronumschaltung bekannt. Wenn das Getriebe in diesem Betriebszustand verbleibt und die Rollen dann wieder fortschreitend in ihre erste Extremstellung zurückgedreht werden, verbleibt das Abtriebsglied im Vorwärtsdrehzustand und seine Drehzahl erhöht sich zunehmend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein in zwei Betriebszuständen betreibbares Getriebe mit stufenlos verstellbarem Übersetzungsverhältnis zu schaffen, das einen neuartigen, das Stellorgan mit dem Getriebeabtriebsglied verbindenden Mechanismus aufweist, der die Vorteile bietet, daß die Getriebedrehzahlen innerhalb vernünftiger Grenzen gehalten werden können, bei Betrieb im zweiten Betriebszustand keine Antriebsleistung über die miteinander im Eingriff stehenden Zahnräder der Planetengetriebe übertragen zu werden braucht, und keine gegenseitige axiale Behinderung zwischen dem Getriebeabtriebsglied und einer etwa erforderlichen gestellmäßigen Festlegung eines der Getriebeglieder innerhalb des Getriebes, beispielsweise des Planetenradträgers eines der Planetengetriebe, auftritt. Das Fehlen einer solchen gegenseitigen axialen Behinderung erleichtert die Anwendung eines einfachen massiven Zahnrads als Getriebeabtriebsglied, während sonst ein Ringrad erforderlich wäre, wenn der Festlegungsmechanismus axial durch die Mitte des Getriebeabtriebsglieds hindurchgeführt werden müßte.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.
— X —
Gemäß der Erfindung weist das in zwei Betriebsarten betreibbare Getriebe mit stufenlos verstellbarem übersetzungsverhältnis zwei Hauptbaugruppen auf. Die eine Hauptbaugruppe umfaßt eine übersetzungsverhältnis-Verstellbaugruppe mit einem, mit einem Antriebsmotor kuppelbaren Eingangsglied und einem Abtriebsglied. Das Eingangsglied der zweiten Hauptbaugruppe, die eine Getriebekette umfaßt, ist sowohl mit dem Eingangsglied als auch den Abtriebsglied der ersten Hauptbaugruppe verbunden, und das Abtriebsglied der zweiten Hauptbaugruppe ist mit dem Abtriebsglied des Gesamtgetriebes verbunden. Die Getriebekette der zweiten Hauptbaugruppe umfaßt zwei Planetengetriebe, die nachstehend als Umkehrplanetengetriebe (ER) und als Mischplanetengetriebe (EM) bezeichnet werden. Der Planetenradträger des Planetengetriebes (EM) ist mit dem Getriebeabtriebsglied verbunden und außerdem mittels einer Kupplung mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes ER und auch mit dem Abtriebsglied V der Verstellbaugruppe verbunden.
Das Eingangsglied I der Verstellbaugruppe ist mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes EM verbunden, und die Ringräder der Planetengetriebe EM und IR sind gemeinsam montiert, und der Planetenradträger von ER ist mit einer Bremse verbunden.
Das Getriebe kann derart betrieben werden, daß im ersten Betriebszustand die Kupplung ausgekuppelt und die Bremse eingekuppelt ist, wobei dann die Drehbewegung des Abtriebsglieds von der Drehbewegung des Planetenradträgers von EM in Abhängigkeit von einer Eingangsdrehbewegung I vom Sonnenrad EM, und einer vom Sonnenrad ER übertragenen Eingangsdrehbewegung V über den gebremsten Planetenradträger des Planetengetriebes ER auf das Ringrad und so auf das damit gemeinsam montierte Ringrad von EM bestimmt wird. In der zweiten Betriebsart ist die Bremse ausgekuppelt
und die Kupplung eingekuppelt, und das Getriebeabtriebsglied dreht sich mit der Drehzahl des Abtriebsglieds V der Verstellbaugruppe, mit welchem es über den Planetenradträger von EM und die Kupplung verbunden ist, und alle anderen Getriebeglieder der beiden Planetengetriebe EM und ER laufen einfach leer mit.
Die Verstellbaugruppe kann von der Toroidlaufbahn-Reibrad-Bauart sein, und kann insbesondere der an sich bekannten "doppelseitigen" Bauart angehören, die zwei konzentrische und entgegengesetzte Eingangsscheiben und eine einzige, konzentrisch dazwischenliegende doppelseitige Abtriebsscheibe aufweist, und wobei eine erste Gruppe von Rollen das Antriebsdrehmoment von der ersten Eingangsscheibe auf die eine Stirnseite der Abtriebsscheibe und eine zweite Gruppe von Rollen entsprechend das Antriebsdrehmoment von der zweiten Eingangsscheibe auf die andere Seite der einzigen Abtriebsscheibe überträgt. Die Abtriebsdrehbewegung wird dann von der Abtriebsscheibe über ein glockenförmiges Bauteil, das über eine der beiden Eingangsscheiben hinwegverläuft und diese umschließt, auf das Eingangsglied der zweiten Hauptbaugruppe des Getriebes übertragen.
Die Planetenräder von EM können in miteinander in Eingriff stehenden Planetenradpaaren angeordnet sein, wobei das jeweils eine Planetenrad jedes Paares außerdem mit dem Ringrad und das andere Planetenrad jedes Paares außerdem mit dem Sonnenrad in Eingriff steht, um für die zweite Hauptbaugruppe des Getriebes die erforderliche Drehrichtungsumkehrmöglichkeit zu erzeugen und im ersten.Betriebszustand eine geeignete Ausgangsdrehbewegung aus den beiden Eingangsdrehbewegungen V und I abzuleiten.
Vorzugsweise sind die Eingangsscheiben und die Abtriebsscheibe der Verstellbaugruppe, die beiden Planetengetriebe EM und ER, und das Getriebeabtriebsglied alle miteinander koaxial angeordnet. 5
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung mehr im einzelnen beschrieben, die einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Getriebe für einen Kraftfahrzeugantrieb zeigt.
Das Getriebe ist in einem Gehäuse 1 untergebracht, das an der festen Rahmenkonstruktion des Fahrzeugs (nicht dargestellt) verankert ist und einen ölsumpf 2 trägt. Ein mit einer Welle 4 umlaufendes Zahnrad 3 stellt das Abtriebsglied des Gesamtgetriebes dar und steht mit einem weiteren Zahnrad 5 in Eingriff, um das Abtriebsdrehmoment des Getriebes über eine Welle 6 auf das Differentialgetriebe des Fahrzeugs (nicht dargestellt) zu übertragen. Die Eingangswelle 7 des Getriebes ist mit ihrem in der Zeichnung linken Wellenende 8 mit einem Antriebsmotor (nicht dargestellt) zu verbinden.
Eine Verstellbaugruppe 9 der Toroidlaufbahn-Reibrad-Baugruppe bildet die erste Hauptbaugruppe des Getriebes , und weist zwei drehfest auf der Welle 7 montierte einseitige Eingangsscheiben 10 und 11 und eine einzige, aber doppelseitige Abtriebssscheibe 12 auf, die auf einem Lager 13 montiert und folglich bezüglich der Welle 7 frei drehbar ist. Die einander zugewandten Toroidflachen der Eingangsscheibe 10 und der einen Seite der Abtriebsscheibe 12 bilden Teile der Oberfläche eines einzigen gedachten Torus mit einem Mittellinienkreis 14, und die
einander zugewandten Toroidflachen der anderen Eingangsscheibe 11 und der anderen Seite der Abtriebsscheibe 12 bilden Teile der Oberfläche eines zweiten ähnlichen gedachten Torus mit einem Mittellinienkreis 15. Eine Gruppe von Rollen 16, von denen nur eine dargestellt ist, überträgt die Antriebsdrehbewegung mit den gleichen Übersetzungsverhältnis von der anderen Eingangsscheibe 11 auf die andere Seite der Abtriebsscheibe 12. Der die beiden Rollengruppen 16 und 17 tragende und zur jeweils geineinsamen Verstellung dieser Rollen um zu dem jeweiligen Mittellinienkreis 14 bzw. 15 tangentiale Verstellachsen zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen den Eingangsscheiben' 10, 11 und der Abtriebsscheibe 12 dienende Mechanismus ist nur teilweise bei 18 bzw. 19 angedeutet und wird nicht mehr im einzelenen beschrieben, da Bauweise und Arbeitsweise eines solchen Mechanismus an sich bekannt sind und daher keinen Teil der Erfindung
• darstellen.
Ein drehbares glockenförmiges Bauteil 20 übergreift die Eingangsscheibe 11 und die Rollen 17 und verbindet die Abtriebsscheibe 12 mit der zweiten Hauptbaugruppe des Getriebes. Das Bauteil 20 ist mit einer drehbaren Hülse 21 verbunden, die mittels eines Lagers 22 im Gehäuse 1 und mittels eines Lagers 23 auf der Welle 7 gelagert ist. Die Hülse 21 ist sowohl mit dem Sonnenrad 24 des Umkehrplanetengetriebes ER als auch mit der einen Hälfte 25 einer Kupplung 26 durch eine Keilverzahnung verbunden, und die andere Hälfte 27 der Kupplung 26 ist mit dem einen axialen Ende des Planetenradträgers 28 des Mischplanetengetriebes EM verbunden. Das andere axiale Ende des Planetenradträgers 28 ist an der Welle 4 befestigt, die mittels eines Lagers 30 im Gehäuse 1 gelagert ist.
Der Planetenradträger 31 des umkehrplanetengetriebes
ER ist an einem Rahmen 32 montiert, der die beweglichen Elemente 33 einer Bremse trägt, und die damit zusammen-
wirkenden Elemente 34 der Bremse sind am Gehäuse 1 befestigt. Das Ringrad 35 des Planetengetriebes ER ist über eine Hülse 36 mit dem Ringrad 37 des Planetengetriebes EM verbunden, so daß die beiden Ringräder 35 und 37 jeweils gemeinsam miteinander umlaufen. Das Sonnenrad 38 . des Planetengetriebes EM ist bei 39 mit der We-1 Ie 7 verkeilt.
Die Betatigungsmechanismen der Kupplung 26 und der Bremse 33, 34 sind an sich bekannt und nicht näher dargestellt.
Wenn das Getriebe in seinem ersten Betriebszustand arbeitet, ist die Kupplung 26 ausgekuppelt und die Bremse 33, 34 ist eingekuppelt. Der Planetenradträger 31 ist daher drehfest festgelegt und es wird eine Funktion der Drehbewegung V der Abtriebsscheibe 12 über das Bauteil 20, die Hülse 21, die drei Elemente, nämlich Sonnenrad 24, Planetenräder und Ringrad 35 des Planetengetriebes EM, und die Hülse 36 auf das Ringrad 37 des Planetengetriebes EM übertragen. Die Drehbewegung I der Eingangswelle 7 wird direkt dem Planetengetriebe EM mitgeteilt, da das Sonnenrad 38 mit der Welle verkeilt ist, und eine resultierende Drehbewegung von I und der Funktion von V wird auf die Welle 4 und so auf das Getriebeabtriebsglied 3 übertragen, weil die Welle 4 an dem Planetenradträger 28 des Planetengetriebes EM befestigt ist. Um Drehrichtungskompabilität zwischen I und der Funktion V zu erreichen, sind die Planetenräder am Planetenradträger 28 in miteinander in Eingriff stehenden Paaren angeordnet, wobei das eine Planetenrad 40 jedes Paares außerdem mit dem Sonnenrad 38 und das andere Planetenrad 41 jedes Paares außerdem mit dem Ringrad 37 in Eingriff steht.
Im ersten Betriebszustand des Getriebes befinden sich die Rollen 16 and 17 in ihrer einen Extremstellung
-JW-
in den in Vollinien dargestellten Einstellungen, und das Abtriebsglied 3 läuft in der Rückwärtsdrehrichtung und der für eine gegebene Eingangsdrehzahl von I maximalen Rückwärtsdrehzahl um. Wenn die Einstellung der Rollen nun mittels des Mechanismus 18, 19 verstellt wird, so daß die Rollen jeweils um eine zum jeweiligen Mittellinienkreis 14 bzw. 15 tangentiale Verstellachse geschwenkt werden, fällt die Drehzahl des Getriebeabtriebsglieds fortschreitend ab, bis vor dem Erreichen der anderen Extremstellung der Rollen, die durch-gestrichelte Linien 16a und 17a angedeutet ist, eine Zwischenstellung erreicht wird, in welcher das Abtriebsglied 3 sich im Stillstand befindet. Wenn die Rollen dann weiter in Richtung auf ihre andere Extremstellung 16a bzw. 17a verstellt werden, beginnt das Abtriebsglied 3 sich in der Vorwärtsrichtung mit zunehmender Vorwärtsdrehzahl zu drehen. Unter Anwendung an sich bekannter Kriterien können die Charakteristiken der Planetengetriebe ER und EM und ihrer miteinander in Beziehung stehender Elemente so gewählt werden, daß, wenn in jener Zwischenstellung die Bremse 33, 34 gelöst und die Kupplung 26 gleichzeitig eingekuppelt wird und dann die meisten der Getriebeglieder von EM und ER nurmehr leer mitlaufen und die Antriebsdrehbewegung vom Bauteil 20 über die Hülse 21, die Kupplung 26, den Planetenradträger 28 und die Welle 4 übertragen wird, keine Änderung des Gesamtübersetzungsverhältnisses des Getriebes eintritt und daher keine plötzliche Änderung der Drehzahl des Abtriebsgliedes stattfindet. Ein solcher übergang wird, wie schon erwähnt, bekanntermaßen als "Synchronumschaltung" in den zweiten Betriebszustand bezeichnet, in welchen eine Rückwärtsverstellung der Rollen aus ihrer zweiten Extremstellung 16a bzw. 17a zurück in ihrer erstgenannte Extremstellung bzw. 17 eine stetige Zunahme der Vorwärtsdrehzahl des Getriebeabtrie'bsglieds 3 bewirkt.
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Claims (4)

Patentansprüche
1. Getriebe mit stufenlos verstellbarem Übersetzungsverhältnis, das in zwei Betriebszuständen arbeiten kann und zwei Hauptbaugruppen aufweist, von denen die erste Hauptbaugruppe eine übersetzungsverhältnis-Verstellbaugruppe mit einem, mit einem Antriebsmotor verbindbaren Eingangsglied und einem Abtriebsglied aufweist, wobei das Eingangsglied der zweiten Hauptbaugruppe, die eine Getriebekette umfaßt, sowohl mit dem Eingangsglied als auch mit dem Abtriebsglied der ersten Hauptbaugruppe verbunden und das Abtriebsglied der zweiten Hauptbaugruppe mit dem Abtriebsglied des Gesamtgetriebes verbunden ist, und wobei die Getriebekette der zweiten Hauptbaugruppe zwei Planetengetriebe, nämlich ein Umkehrplanetengetriebe ER und ein Mischplanetengetriebe EM aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenradträger (28) des Planetengetriebes EM mit dem Getriebeabtriebsglied (3) und außerdem über eine Kupplung (26) mit dem Sonnenrad (24) des Planetengetriebes ER sowie mit dem Abtriebsglied V der Verstellbaugruppe (9) verbunden ist, und daß das Eingangsglied (10, 11) der Verstellbaugruppe (9) mit dem Sonnenrad (38) des Planetengetriebes EM verbunden ist, daß weiter die Ringräder (35, 37) der beiden Planetengetriebe EM und ER gemeinsam montiert sind und der Planetenradträger (31) des Planetengetriebes ER mit einer Bremse (33, 34) verbunden ist, derart, daß das Getriebe in seinem ersten Betriebszustand bei ausgekuppelter Kupplung und eingekuppelter Bremse arbeitet und die Drehbewegung des Getriebeabtriebsglieds (3) durch die Drehbewegung des Planetenradträgers des Planeten-
getriebes EM aufgrund der Eingangsdrehbewegung I vom Sonnenrad des Planetengetriebes EM und der vom Sonnenrad des Planetengetriebes ER übertragenen Eingangsdrehbewegung V bestimmt wird, während im zweiten Betriebszustand die Bremse ausgekuppelt und die Kupplung eingekuppelt ist, und das Getriebeabtriebsglied (3) mit der Drehzahl des Abtriebsglieds V der Verstellbaugruppe (9) umläuft, mit welchem es über den Planetenradträger des Planetengetriebes EM und die Kupplung verbunden ist.
2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellbaugruppe (9) der Toroidlaufbahn-Reibrad-Bauart angehört.
3. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräder des Planetengetriebes EM in miteinander in Eingriff stehenden Paaren angeordnet sind, wobei das eine Planetenrad (40) jedes Paars außerdem mit dem Sonnenrad (38) und das andere Planetenrad (41) außerdem mit dem Ringrad (37) dieses Planetengetriebes in Eingriff steht, damit die im ersten Betriebszustand des Getriebes erforderliche Drehrichtungsumkehr der zweiten Hauptbaugruppe zur Ableitung einer geeigneten Ausgangsdrehbewegung aus den Eingangsdrehbewegungen V und I erreicht wird.
4. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die"Eingangsscheiben (10, 11) und die Abtriebsscheibe (12) der Verstellbaugruppe (9), die beiden Planetengetriebe EM und ER und das Getriebeabtriebsglied (3) alle miteinander koaxial angeordnet sind.
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