DE3615516A1 - Stufenloses getriebe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug bestimmtes Getriebe und insbesondere ein stufenloses Getriebe, dessen Drehzahlwechselverhältnis sich mit der Fahrzeuggeschwindigkeit kontinuierlich ändert.

Es wurde bereits ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug entwickelt, bei dem der Gang entsprechend der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit selbsttätig umgeschaltet wird. Bei diesem Getriebe erfolgt die Änderung des Drehzahlwechselverhältnisses indem eine der Kupplungen eingerückt wird, die unterschiedlichen Geschwindigkeiten bzw. Drehzahlen zugeordnet sind. Bei einer anderen Getriebeart wird das Getriebeverhältnis geändert, indem das Verhältnis zwischen dem Durchmesser einer treibenden Riemenscheibe und dem Durchmesser einer getriebenen Riemenscheibe geändert wird.

Diese konventionellen Getriebe haben den Nachteil, daß ein mit hohen Fertigungskosten verbundener komplizierter Mechanismus notwendig ist, um das Übersetzungsverhältnis des Getriebes zu ändern, weil in Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit eine Kupplung eingerückt oder das Verhältnis der Riemenscheibendurchmesser geändert werden muß.

Das erste der beiden oben erläuterten konventionellen Getriebe hat den zusätzlichen Nachteil, daß es aufgrund der diskontinuierlichen Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes schwierig ist, den Ruck zu vermindern, der beim Umschalten des Getriebes auftritt. Das zweite erläuterte Getriebe erlaubt zwar eine stufenlose Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit; der Getriebeaufbau macht es jedoch schwierig, eine effektive Drehmomentübertragung sicherzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein stufenloses Getriebe zu schaffen, das die oben erläuterten Mängel ausräumt und das eine stufenlose Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit gestattet, eine effektive Drehmomentübertragung gewährleistet, einen einfachen Aufbau hat

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und dementsprechend für eine wirtschaftliche Massenfertigung geeignet ist.

Das erfindungsgeraäße stufenlose Getriebe ist versehen mit einem von einer Energiequelle angetriebenen Beschleunigungsrad; auf dem Beschleunigungsrad abgestützten Hilfsrädern, deren Achsen mit Radien des Beschleunigungsrades ausgerichtet sind und die mit ihren gezahnten Flächen über beide Seiten des Beschleunigungsrades vorstehen; einem auf der einen Seite des Beschleunigungsrades koaxial zu diesem angeordneten und mit den Hilfsrädern in Eingriff stehenden angetriebenen Rad; einem auf der anderen Seite des Beschleunigungsrades koaxial zu diesem angeordneten und mit den Hilfsrädern in Eingriff stehenden Abtriebsrad; einer mit dem angetriebenen Rad gekoppelten Kraftübertragung zur Übertragung der Drehbewegung des angetriebenen Rades auf das Abtriebsrad; und einer mit dem Abtriebsrad gekoppelten treibenden Welle.

Rotationsenergie wird von der Energiequelle auf das Beschleunigungsrad und dann auf das angetriebene Rad über die Hilfsräder übertragen. Das angetriebene Rad überträgt die Rotationsenergie auf das Abtriebsrad über die vorzugsweise einen Drehmomentwandler aufweisende Kraftübertragung. Das Abtriebsrad dreht seinerseits das angetriebene Rad über die Hilfsräder in einer Richtung, die der Drehrichtung des Abtriebsrades entgegengesetzt ist. Dies gilt unabhängig von der Drehzahl des Beschleunigungsrades. Wenn das angetriebene Rad mit einer hohen Drehzahl rotiert, dreht sich auch das Abtriebsrad mit hoher Drehzahl. Je höher die Drehzahl des letztgenannten Rades ist, desto höher wird die Drehzahl des erstgenannten Rades über die Hilfsräder. Solange die Energiequelle dem Beschleunigungsrad beschleunigendes Drehmoment zuführt, wirken das angetriebene Rad und das Abtriebsrad weiter aufeinander ein, um ihre Drehzahl zu steigern.

Es sei angenommen, daß die Energiequelle mit einer Drehzahl von 1000 Umdrehungen/min läuft, daß die Differenz zwischen der Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl des Drehmomentwandlers 200 Umdrehungen/min beträgt und daß das Beschleunigungsrad mit einer Drehzahl von 100 Umdrehungen/min aufgrund eines Untersetzungsgetriebeverhält-

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nisses von 10:1 rotiert, wodurch die Motordrehzahl (10QO Umdrehungen/min) reduziert wird. Das angetriebene Rad rotiert dann mit einer Drehzahl von 200 Umdrehungen/min. Das Abtriebsrad steht still, wenn das angetriebene Rad mit dieser Drehzahl rotiert, weil diese Drehzahl in den Bereich der Differenz zwischen der Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl des Drehmomentwandlers fällt. Wenn die Energiequelle auf 2000 Umdrehungen/min beschleunigt wird, rotiert das Beschleunigungsrad mit einer Drehzahl von 200 Umdrehungen/min, und das angetriebene Rad rotiert mit einer Drehzahl von 400 Umdrehungen/min, von der durch den Drehmomentwandler 200 Umdrehungen/min abgezogen werden; die Restdrehzahl von 200 Umdrehungen/min wird auf das Abtriebsrad übertragen. Das Abtriebsrad rotiert jetzt mit einer Drehzahl von 200 Umdrehungen/min. Diese Drehzahl wird auf das angetriebene Rad übertragen und addiert sich zu dessen Drehzahl, so daß das angetriebene Rad mit einer Drehzahl von 600 Umdrehungen/min rotiert. Von dieser Drehzahl werden wieder 200 Umdrehungen/min durch den Drehmomentwandler abgezogen, und die Restdrehzahl von 400 Umdrehungen/min wird auf das Abtriebsrad übertragen. Diese Drehzahl wird wiederum auf das angetriebene Rad übertragen und addiert sich zu dessen Drehzahl. Die Drehzahl des angetriebenen Rades und des Abtriebsrades steigt auf diese Weise weiter an.

Das Abtriebsrad kann mit einer konstanten Drehzahl rotieren, wenn es eine Solldrehzahl erreicht hat und die Motordrehzahl auf lOOÖ Umdrehungen/min zurückgestellt wird. Tatsächlich ist jedoch das Abtriebsrad belastet, wodurch die Drehzahl dieses Rades allmählich abnimmt. Das Abtriebsrad kann nur dann mit einer konstanten Drehzahl rotieren, wenn von der Energiequelle ständig das Drehmoment zugeführt wird, das erforderlich ist, um das Abtriebsrad mit einer konstanten Drehzahl weiter rotieren zu lassen.

Nach einer Beschleunigung auf eine Solldrehzahl läßt man daher das Abtriebsrad mit konstanter Drehzahl mit dem dafür erforderlichen Mindestdrehmoment rotieren. Solange die Energiequelle beschleunigendes Drehmoment weiterliefert, steigt das Verhältnis der Drehzahl des Abtriebsrades zu der Motordrehzahl ständig an, so daß die Fahrzeug-

geschwindigkeit stoßfrei und stufenlos geändert werden kann.

Das oben erwähnte Verhältnis kann auf jeden beliebigen Wert eingestellt werden, indem das Verhältnis der Drehzahl des Abtriebsrades zu derjenigen des angetriebenen Rades und/oder das Verhältnis der Drehzahl des Beschleunigungsrades zu der Motordrehzahl geändert wird und/oder indem der Öldruck in dem Drehmomentwandler entsprechend reguliert wird.

Das erfindungsgemäße stufenlose Getriebe hat den Vorteil, daß eine schlupffreie Drehmomentzwangsübertragung gewährleistet ist, weil das Übersetzungsgetriebeverhältnis nicht durch Ändern eines Riemenscheibendurchmesserverhältnisses geändert wird, sondern durch eine Gruppe von Zahnrädern.

Das stufenlose Getriebe nach der Erfindung hat den weiteren Vorteil, daß es eine wirtschaftliche Massenfertigung gestattet, weil Kupplungen und Wechselgetriebeteile entfallen, wie sie bei einem konventionellen Getriebe anzutreffen sind.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Frontansicht eines erfindungsgemäßen stufenlosen

Getriebes,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Getriebes gemäß Fig.l,

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel des bei

dem Getriebe vorgesehenen Beschleunigungsrades,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Anordnung gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine Frontansicht des Beschleunigungsrades im Kämmeingriff mit dem angetriebenen Rad und dem Abtriebsrad,

Fig. 6 eine Seitenansicht der Anordnung nach Fig. 5,

Fig. 7 eine Frontansicht eines abgewandelten Ausführungs

beispiels des Beschleunigungsrades, und

Fig. 8 eine Seitenansicht der Anordnung nach Fig. 7.

Entsprechend den Fign. 1 und 2 weist das stufenlose Getriebe ein von einer Energiequelle, beispielsweise einem Motor 1, angetriebenes Beschleunigungsrad 2, ein angetriebenes Rad 3, das auf der einen Seite des Beschleunigungsrades 2 angeordnet ist und von Hilfsrädern 6 angetrieben wird, die auf dem Beschleunigungsrad 2 drehbar gelagert sind, ein auf der anderen Seite des Beschleunigungsrades 2 angeordnetes Abtriebsrad 4 und eine Kraftübertragung auf, zu der ein Drehmomentwandler 13 gehört und mittels deren das Abtriebsrad 4 entsprechend der Drehzahl des angetriebenen Rades 3 gedreht wird.

Das Beschleunigungsrad 2 ist, wie insbesondere aus den Fign. 3 bis 6 hervorgeht, an seinem Außenumfang gezahnt. Es ist über ein Zahnrad 5 (Fig. 1) mit der Energiequelle gekoppelt und wird von dieser angetrieben. Die Hilfsräder 6 sind auf dem Beschleunigungsrad 2 derart drehbar abgestützt, daß ihre Achsen 7 mit Radien des Beschleunigungsrades 2 ausgerichtet sind. Die gezahnten Flächen der Hilfsräder 6 stehen zum Teil über beide Seiten des Beschleunigungsrades 2 vor; sie sind auf der einen Seite mit dem angetriebenen Rad 3 und auf der anderen Seite mit dem Abtriebsrad 4 in Kämmeingriff.

Das angetriebene Rad 3 ist benachbart und koaxial zu dem Beschleunigungsrad 2 angeordnet und mit einer Verzahnung versehen, die mit den Hilfsrädern 6 kämmt. Das Abtriebsrad 4 ist auf der anderen Seite des Beschleunigungsrades 2 koaxial zu diesem gelagert und mit Zähnen ausgestattet, die mit den Hilfsrädern 6 kämmen. Im Falle eines Kraftfahrzeuges ist das Abtriebsrad 4 mit einer Triebwelle zum Antreiben der Kraftfahrzeugräder verbunden. Über die auf dem Beschleunigungsrad 2 sitzenden Hilfsräder 6 wird das angetriebene Rad 3 in einer

Richtung gedreht, die der Drehrichtung des Abtriebsrades 4 entgegengesetzt ist.

Gemäß den Fign. 1 und 2 weist die Kraftübertragung den Drehmomentwandler 13 auf, der mit dem angetriebenen Rad 3 und dem Abtriebsrad 4 über Zahnräder 9, 10, 11, 12 und 16 gekoppelt ist. Die Eingangswelle 14 des Drehmomentwandlers 13 ist mit dem angetriebenen Rad 3 über die Räder 9 und 10 gekoppelt, während die Ausgangswelle 15 des Drehmomentwandlers 13 mit dem Abtriebsrad 4 über die Räder 11, 16 und 12 gekoppelt ist.

Das Verhältnis der Drehzahl der Triebwelle zu der Drehzahl des Beschleunigungsrades 2 läßt sich aufgrund der Differenz zwischen der Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl des Drehmomentwandlers steuern. Das angetriebene Rad 3 wird mit einer Drehzahl gedreht, die doppelt so groß wie diejenige des Beschleunigungsrades 2 ist. Das Abtriebsrad 4 steht still, solange sich das angetriebene Rad 3 mit einer Drehzahl dreht, die in den Bereich der oben erläuterten Differenz fällt. Das Abtriebsrad 4 beginnt, sich zu drehen, wenn das angetriebene Rad 3 mit einer Drehzahl rotiert, die größer als die oben erläuterte Differenz ist. Dann wirken das angetriebene Rad 3 und das Abtriebsrad 4 unter Steigerung ihrer jeweiligen Drehzahl in der oben beschriebenen Weise ständig wechselweise aufeinander ein. Infolgedessen wird die Drehzahl des Abtriebsrades 4 gegenüber derjenigen des Beschleunigungsrades 2 erhöht.

Im Falle eines Kraftfahrzeuges betragen die Getriebeverhältnisse im allgemeinen 6:1 für den ersten Gang und 0,8:1 für maximale Geschwindigkeit. Die erfindungsgemäße Einrichtung erlaubt in einem solchen Fall eine stoßfreie Beschleunigung, wenn die Drehzahl des Abtriebsrades 4 zum Zeitpunkt der Beschleunigung kleiner als ein Sechstel der Drehzahl des Motors ist. Im Falle eines herkömmlichen stehenden Kraftfahrzeuges läuft der Motor mit einer Leerlaufdrehzahl von beispielsweise 800 u/min. Infolgedessen rotiert das Beschleunigungsrad 2 mit einer Drehzahl von 80 U/min, wenn die vorstehend genannte Leerlaufdrehzahl auf das Beschleunigungsrad mit einem üntersetzungsverhaltnis

von 10:1 übertragen wird. Die Drehzahl von 80 U/min wird auf das angetriebene Rad 3 übertragen, das dann mit einer Drehzahl von 160 U/min rotiert. Das Kraftfahrzeug bewegt sich noch nicht, weil die Drehzahl in den Bereich der Differenz zwischen der Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl des Drehmomentwandlers 13 fällt. Um das Kraftfahrzeug in Bewegung zu setzen, muß das angetriebene Rad 3 mit einer Drehzahl von etwa 300 ü/min rotieren, was bedeutet, daß die Motordrehzahl auf 1500 ü/min gesteigert werden muß. Wenn die Motordrehzahl auf 1500 U/min erhöht ist, rotiert das Abtriebsrad 4 mit einer Drehzahl von 100 u/min. Das Verhältnis der Drehzahl des Zahnrades 5 zu derjenigen des Abtriebsrades 4 beträgt dann 15:1.

Es steht daher für die Beschleunigung ein größeres Drehmoment zur Verfügung als bei konventionellen Einrichtungen. Solange der Motor mit einer Drehzahl von 1500 U/min läuft, steigt die Drehzahl des Abtriebsrades 4 und damit der Triebwelle an. In der Zwischenzeit nimmt das Verhältnis der Drehzahl des Zahnrades 5 zu derjenigen des Abtriebsrades 4 allmählich ab, weil das angetriebene Rad 3 und das Abtriebsrad 4 wechselweise aufeinander einwirken, um ihre jeweilige Drehzahl zu steigern. Wenn das Abtriebsrad 4 eine Solldrehzahl erreicht hat, wird die Motordrehzahl auf einen Wert vermindert, der ausreicht, um dem Abtriebsrad 4 das Mindestdrehmoment zuzuführen, das notwendig ist, damit das Abtriebsrad 4 mit konstanter Drehzahl weiterläuft. Eine derartige Herabsetzung der Motordrehzahl führt zu einer weiteren Verminderung des vorstehend genannten Verhältnisses.

Auf diese Weise kann Kraftstoff gespart werden, weil es nicht notwendig ist, den Motor auf hoher Drehzahl zu halten. Der beim Umschalten eines konventionellen Schaltgetriebes auftretende Stoß wird vorliegend vermieden.

Statt das Abtriebsrad 4 mit der Triebwelle eines Kraftfahrzeuges zu verbinden, können auch das angetriebene Rad 3 oder die Ausgangswelle 15 mit der Triebwelle verbunden werden. In diesem Falle schließt der Kraftausgangsabschnitt des Getriebes als Ganzes das angetriebene Rad

oder die Ausgangswelle 15 ein.

Für das angetriebene Rad 3, das Abtriebsrad 4 und die Hilfsräder 6 können Spiralkegelräder verwendet werden.

Das Abtriebsrad 4 braucht mit der Ausgangswelle 15 des Drehmomentwandlers 13 nicht verbunden zu sein, sofern nur das Abtriebsrad 4 eine Drehzahl annimmt, die in entsprechender Proportion zu der Drehzahl des Drehmomentwandlers steht. Beispielsweise kann die Ausgangswelle 15 des Drehmomentwandlers 13 mit den Hinterrädern des Kraftfahrzeuges verbunden sein und als Antriebswelle für diese dienen, während das Abtriebsrad 4 mit den Fahrzeug-Vorderrädern verbunden ist. In diesem Falle ist das Abtriebsrad 4 mit der Ausgangswelle des Drehmomentwandlers 13 über die Fahrzeugvorder- und -hinterräder und die Straße mittelbar verbunden, um so von der Ausgangswelle 15 gedreht zu werden.

Es kann auch jede beliebige andere Art von Kraftübertragung an Stelle eines Drehmomentwandlers vorgesehen werden, sofern sie nur für eine Differenz zwischen der Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl sorgt.

Bei dem in den Fign. 7 und 8 veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die Hilfsräder 6 am Außenumfang einer Welle 17 des Beschleunigungsrades 2 montiert und nicht unmittelbar auf dem Rad 2. In diesem Fall wird von der Energiequelle bereitgestellte Antriebskraft der Welle 17 des Beschleunigungsrades 2 zugeführt.

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Claims (2)

PATENTANWALT DIPL.-INC. GERHARD SCHWAN 8000 MÜNCHEN 83 ■ ELFENSTR.ASSE 32 3 D 1 5 5 1 Takahisa Hanibuchi 4, Aza Shimosuka, Oaza Komo, Hanoura-cho, Naka-gun, Tokushima, Japan Stufenloses Getriebe Patentansprüche

1. Stufenloses Getriebe, gekennzeichnet durch: ein von einer Energiequelle (1) angetriebenes Beschleunigungsrad (2);

auf dem Beschleunigungsrad (2) abgestützte Hilfsräder (6), deren Achsen (7) mit Radien des Beschleunigungsrades ausgerichtet sind und die mit ihren gezahnten Flächen über beide Seiten des Beschleunigungsrades vorstehen;

ein auf der einen Seite des Beschleunigungsrades koaxial zu diesem angeordnetes und mit den Hilfsrädern (6) in Eingriff stehendes angetriebenes Rad (3);

ein auf der anderen Seite des Beschleunigungsrades koaxial zu diesem angeordnetes und mit den Hilfsrädern (6) in Eingriff stehendes Abtriebsrad (4);

eine mit dem angetriebenen Rad (3) gekoppelte Kraftübertragung (9 bis 16) zur Übertragung der Drehung des angetriebenen Rades auf das Abtriebsrad (4); und
eine mit dem Abtriebsrad (4) gekoppelte angetriebene Welle (8) .

2. Stufenloses Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragung (9 bis 16) einen Drehmomentwandler (13) aufweist.

FERNSPRECHER: 089/6012039 ■ KABEL: ELECTRICPATENT MÜNCHEN