DE4012060A1

DE4012060A1 - Kontinuierliches variables getriebe

Info

Publication number: DE4012060A1
Application number: DE19904012060
Authority: DE
Inventors: Takashi Takahashi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-04-19
Filing date: 1990-04-13
Publication date: 1990-10-25
Also published as: GB9007554D0; GB2231926A; GB2231926B; JPH02278048A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein kontinuierliches variables Getriebe, und insbesondere auf ein kontinuierliches variables Getriebe nach dem Zug- bzw. Reibsystem, welches in der Lage ist, eine große Leistung zu übertragen, die dem eines Zahngetriebesystems entspricht.

Ein kontinuierliches variables Getriebe nach dem Reibungsystem soll eine Zugkraft bzw. Antriebskraft erzeugen, indem Rollen bzw. Räder oder Walzen in Druckkontakt mit drehbaren Scheiben gebracht werden und unter Verwendung von Reibungskraft, die sich aus dem Produkt F × der Druckkontaktkraft F zwischen den Rollen und den drehbaren Scheiben sowie dem Reibungskoeffizien ten ergibt. Ein derartiges kontinuierliches variables Getriebe hat den Vorteil, daß der Mechanismus einfacher als ein Zahnge triebemechanismus ist und die Leistung sanft ohne Stottern bzw. Pulsieren übertragen kann. Auf der anderen Seite hat ein solches System den Nachteil, daß es mehr dazu neigt, einen Schlupf an den Druckkontaktflächen zu erzeugen, wenn die übertragene Leistung größer wird, da die Reibungskraft, die man aus dem Produkt der Reibungskoeffizienten und der Druckkontaktkraft F an den Druckkontaktflächen erhält, eine Zug- bzw. Reibungskraft ist und daß dieses System als Folge davon nicht für die Übertra gung großer Leistung verwendet werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein kontinuierliches variables Getriebe bereitzustellen, welches in der Lage ist, eine gleichmäßige, stoßfreie Leistung durch Übernahme eines Reibungssystems zu übertragen.

Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung auch darin, ein solches kontinuierliches variables Getriebe des Reibungstyps bereitzustellen, welches in der Lage ist, trotz dieses Reibungs merkmals eine große Reibungskraft bzw. Abtriebskraft zu erzeu gen, und auch eine große Leistung übertragen kann.

Um die vorstehende Aufgabe zu erfüllen, sieht die Erfindung einen Aufbau vor, bei welchem zumindest eine Rolle in der Gegenwart von Öl zwischen zumindest zwei Platten von drehbaren Scheiben, welche einander zugewandt sind, sandwichartig aufge nommen ist, wobei zwischen den Scheiben ein Abstand in ihrer axialen Richtung liegt und die Rolle durch einen Druckmechanis mus von der Außenseite der drehbaren Scheiben her zusammenge drückt wird, wobei die Rolle über eine dazwischenliegende Getriebegruppe (Zahnradgruppe) mit der Eingangswelle oder der Ausgangswelle verbunden ist und wobei die beiden Platten gemeinsam mit der anderen Welle (der Ausgangs- oder Eingangswel le) über eine weitere zwischengeschaltete Zahnradgruppe verbun den sind. Bei dem obigen Aufbau, wenn die Rollen, die unter Öl zwischen den drehbaren Scheiben sandwichartig aufgenommen sind, durch den Druckmechanismus stark unter Druck gesetzt werden, wird ein extremer Druck auf den schmalen Kontaktflächen zwischen den drehbaren Scheiben und den Rollen hervorgerufen, um so eine große Reibungskraft zu erzeugen und dadurch eine starke Zugkraft um eine große Leistung von der Eingangswelle auf die Ausgangs welle zu übertragen.

Ein kontinuierliches variables Getriebe gemäß dieser Erfindung erhält man unter Verwendung der Forschungsergebnisse der jüngeren Schmierungskunde (Tribologie). Gemäß der neuesten Schmierungskunde, insbesondere bezüglich der elastohydrodynami schen Schmierung, ist es klar geworden, daß der Reibungskoeffi zient sofort auf das Drei- bis Vierfache anwächst wenn unter Anwesenheit eines speziellen Schmieröls ein extremer Druck zwischen zwei miteinander in Berührung stehenden Flächen ausgeübt wird. Trotz des Reibungsmerkmals ist es möglich, eine große Leistung durch Kombination der Eigenschaften eines derartigen Schmieröls mit dem obigen Aufbau zu übertragen. Als Schmieröl, welches die obige Funktion und Wirkung hat, kann beispielsweise "SANTOTRAC" verwendet werden, welches von Nippon Oil Co., Ltd. hergestellt wird.

Fig. 1 ist eine vertikale Schnittansicht eines kontinuierli chen variablen Getriebes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 ist eine vertikale Schnittansicht eines kontinuierli chen variablen Getriebes gemäß einer anderen Ausfüh rungsform der Erfindung; und

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht eines kontinuierlichen variablen Getriebes gemäß einer weiteren Ausführungs form der Erfindung.

Bei dem kontinuierlichen variablen Getriebe, welches in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, bezeichnet die Bezugszahl 1 ein Gehäuse, in welchem eine Eingangswelle 2 und eine Ausgangswelle 3 gelagert sind, um sich frei zu drehen, wobei ihre axialen Richtungen bzw. ihre Achsen miteinander ausgerichtet sind. Innerhalb des Gehäuses 1 sind drehbare Scheiben 4 a, 4 b koaxial zu den Wellen 2, 3 angeordnet, wobei jede eine ebene, ringför mige Fläche aufweist. Die Scheibe 4 a ist auf der Eingangswelle 2 über ein Lager 31 so gelagert, daß sie frei rotieren und sich in axialer Richtung frei bewegen kann, während die Scheibe 4 b unmittelbar mit der Ausgangswelle 3 eine Keilwellenpassung aufweist, um in Axialrichtung frei bewegbar zu sein.

Die Rollen 5, 5 sind über das Schmieröl, wie z. B. das oben erwähnte "SANTOTRAC", sandwichartig zwischen den beiden drehba ren Scheiben 4, 4 b aufgenommen. Diese beiden Rollen sind gegeneinander um einen gleichmäßigen Zwischenabstand von 180° in Umfangsrichtung um die Drehachse der Scheiben herum versetzt angeordnet. Auch wenn in der in den Fig. 1 und 2 dargestell ten Ausführungsform zwei Rollen 5, 5 vorgesehen sind, können dennoch drei Rollen in gleichmäßigen Abständen von 120° oder auch vier oder mehr Rollen 5 in ähnlicher Weise angeordnet werden. Ringförmige Bälge 20 a, 20 b sind als Druckmechanismus über Druckplatten 21 a, 21 b außerhalb der beiden drehbaren Scheiben 4 a, 4 b angeordnet. Die Bälge 20 a, 20 b verlängern sich in axialer Richtung aufgrund eines von einer Öldruckquelle 9 zugeführten Arbeitsöls, um gegeneinanderwirkende Belastungen (Drucklasten) in axialer Richtung auf die beiden drehbaren Scheiben 4 a, 4 b aufzubringen und dadurch die zwischen den drehbaren Scheiben 4 a, 4 b befindlichen Rollen 5 stark zusammen zudrücken. Da die Rollen 5 und die drehbaren Scheiben 4 a, 4 b miteinander auf sehr kleinen Flächen in Berührung sind, die einem Linienkontakt ähneln, wird, wenn - wie oben erwähnt - die Belastung des Druckmechanismus darauf aufgebracht wird, ein außerordentlicher Druck auf den Kontaktflächen in der Gegenwart von Öl erzeugt, um die Reibungskoeffizienten in großem Maße zu erhöhen, so daß eine große Zug- bzw. Abtriebskraft oder Antriebs kraft erzeugt wird.

Die Rollen 5 haben jeweils eine Keilwellenpassung mit der drehbaren Welle 6, während die Welle 6 sich in radialer Richtung erstreckt, so daß sie die drehbaren Wellen der drehbaren Scheiben 4 a, 4 b unter einem rechten Winkel kreuzt. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist eine Schraubspindel 11 bzw. eine Kugelumlauf spindel parallel zu der drehbaren Welle 6 vorgesehen. Halter 10 sind jeweils in passendem Schraubeingriff mit den beiden Gewindeabschnitten der Gewindespindel 11, wobei die Rollen 5 jeweils von den Haltern 10 gehalten werden. Die Gewindeabschnit te haben einander entgegengesetzten Schraubensinn und deshalb werden, wenn die Gewindespindel 11 mit Hilfe eines Handgriffes 12 so betätigt wird, daß sie sich dreht, die Halter 10 in relativ zueinander entgegengesetzten Richtungen in axialer Richtung bewegt, wodurch die Rollen 5 sich entlang der drehbaren Welle 6 in entgegengesetzter Richtung zueinander bewegen.

Die drehbare Welle 6 ist mit der Eingangswelle 2 über Zahnräder 13, 14 verbunden, um zu ermöglichen, daß Leistung von dieser Eingangswelle 2 eingebracht wird. Die auf die drehbare Welle 6 von der Eingangswelle 2 aufgebrachte Leistung treibt die Rollen 5 an, damit sie die beiden drehbaren Scheiben 4 a, 4 b in Berüh rung mit den Rollen 5 und in entgegengesetzter Richtung zueinan der aufgrund der großen Reibungskraft drehen, die sich aus der zuvor erwähnten Schmierungskundentheorie (Tribologietheorie) ergibt. Die auf eine drehbare Scheibe 4 a übertragene Leistung wird auf ein Zahnrad 15 übertragen, welches mit der drehbaren Scheibe 4 a fest verbunden ist und weiter auf die Ausgangswelle 3 über Zahnräder 16, 17 übertragen. Andererseits wird die auf die andere drehbare Scheibe 4 b übertragene Leistung direkt auf die Ausgangswelle 3 übertragen und an die Ausgangswelle 3 ausgegeben, nachdem sie mit der Leistung von der drehbaren Scheibe 4 a zusammengefaßt ist.

Bei einer solchen Leistungsübertragung, wie oben erwähnt, verändert sich die Ausgabe von der Ausgangswelle 3 in der Geschwindigkeit stufenlos, da das Drehverhältnis der Rollen 5 zu den drehbaren Scheiben 4 a, 4 b sich verändert, wenn die Rollen 5 entlang der drehbaren Welle in radialer Richtung der drehbaren Scheiben 4 a, 4 b aufgrund der Betätigung des Handgriffes 12 bewegt werden.

Wie zuvor beschrieben, wird bei dem obigen kontinuierlichen variablen Getriebe ein außerordentlich großer Druck zwischen den drehbaren Scheiben 4 a, 4 b und den Rollen 5 durch das unter Druck Setzen der Bälge 20 a, 20 b erzeugt, und damit wird auch eine außerordentlich große Zugkraft in Verbindung mit der Eigenschaft des zuvor erwähnten Öls erzeugt. Diese Zug- oder Haftkraft wird an beiden Oberflächen der Rollen 5 erzeugt und verdoppelt sich, wenn sie an der Ausgangswelle zusammengefaßt wird. Daher ist es möglich, selbst mit einem Reibungssystem eine außerordentlich große Leistung zu übertragen.

Gemäß dieser Erfindung ist der Druckerzeugungsmechanismus nicht nur auf Bälge beschränkt und es kann eine Einrichtung unter Verwendung von Kolben 20 a, 20 b, welche durch ein Arbeitsöl (Hydrauliköl) wie in Fig. 3 betätigt werden, verwendet werden. Eine Ausführungsform gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß der Balgmechanismus der ersten Ausführungsform durch den Kolbenmechanismus ersetzt wird, daß die drehbare Scheibe 4 a und eine drehbare Welle 7 über einen Keil bzw. eine Keilpassung miteinander kämmen und daß die drehbare Welle 7 und das Zahnrad 15 einstückig miteinander sind. In anderer Hinsicht ist der Aufbau der Ausführungsform nach Fig. 3 im wesentlichen derselbe wie bei der ersten Ausführungs form.

Als Druckerzeugungsmechanismus, der gemäß der Erfindung verwen det wird, können Tellerfedern, Schraubenfedern, Blattfedern und dergleichen verwendet werden.

Fig. 4 ist ein kontinuierliches variables Getriebe, welches eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt.

In dieser Ausführungsform sind drei drehbare Scheiben 4 a, 4 b und 4 c vorgesehen und zwischen den drehbaren Scheiben 4 a, 4 b unmittelbar nebeneinander und zwischen den drehbaren Scheiben 4 b und 4 c sind jeweils eine Mehrzahl von Rollen 5 in Gegenwart von Öl angeordnet. Auf diese Weise ist der Mechanismus der ersten Ausführungsform in Form von zwei aufeinanderfolgenden bzw. kontinuierlichen Stufen angeordnet. Diese drei Platten von drehbaren Scheiben 4 a, 4 b, 4 c erzeugen gemäß der Schmierkunden theorie eine große Abtriebskraft in jeder Stufe, wenn die Belastung mit Hilfe der Bälge 20 a, 20 b von beiden Außenseiten her aufgebracht wird. Da die Kräfte in ein und dieselbe Welle über die Zahnräder 15, 16 und 17 eingeleitet werden, kann eine außerordentlich große Leistung übertragen werden.

Insbesondere hat in dieser Ausführungsform, wenn die Anzahl der Rollen, die in jeder Stufe an Abschnitten zwischen den drehbaren Scheiben angeordnet sind, auf drei festgelegt wird, jede Rolle zwei Berührungspunkte, was insgesamt 3×2×2=12 ergibt. Die Abtriebskräfte, die auf diesen zwölf Kontaktpunkten beruhen, bzw. sich aus diesen zwölf Kontaktpunkten ergeben, werden in ein und derselben Ausgangswelle zusammengefaßt. Damit ist es möglich, eine extrem große Antriebskraft zu übertragen.

Gemäß der Erfindung können auch vier oder mehr drehbare Scheiben miteinander kombiniert werden und mit dem mehrstufigen Aufbau des Mechanismus durch Steigerung der Anzahl derartiger drehbarer Scheiben kann die Übertragungsfähigkeit für Leistung verbessert werden.

Claims

1. Kontinuierliches variables Getriebe mit:
zumindest zwei drehbaren Scheiben, welche einander zugewandt sind mit einem Abstand in axialer Richtung dazwischen und welche so gelagert sind, daß sie sich frei bewegen können, zumindest einer Rolle, welche zwischen den einander benach barten Scheiben in der Gegenwart von Öl sandwichartig angeordnet ist und welche eine drehbare Welle in Richtung senkrecht zur Axialrichtung der drehbaren Scheiben hat und so gelagert ist, daß sie sich in Richtung der drehbaren Welle frei bewegen kann,
einem Druckmechanismus, welcher seine Kraft auf die drehba ren Scheiben aufbringt, um so die Rolle stark zusammenzu drücken,
einer Eingangswelle,
und einer Ausgangswelle,
wobei die drehbaren Scheiben gemeinsam mit einer der Wellen, der Eingangswelle bzw. der Ausgangswelle, verbunden sind, und wobei die Rolle mit der anderen Welle, der Ausgangs bzw. der Eingangswelle, verbunden ist.

2. Kontinuierliches variables Getriebe nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der drehbaren Scheiben zwei beträgt.

3. Kontinuierliches variables Getriebe gemäß Anspruch 1, wobei die Anzahl der drehbaren Scheiben drei oder mehr beträgt.

4. Kontinuierliches variables Getriebe nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der Rollen, welche zwischen den benachbarten Scheiben sandwichartig angeordnet sind, zwei beträgt, und wobei sie in einem gleichmäßigen Winkelabstand um die Drehachse der drehbaren Scheiben angeordnet sind.

5. Kontinuierliches variables Getriebe nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der zwischen zwei einander benachbarten drehbaren Scheiben sandwichartig angeordneten Rollen drei beträgt, wobei die Rollen in gleichmäßigen Winkelabständen um die Drehachse der drehbaren Scheiben angeordnet sind.

6. Kontinuierliches variables Getriebe nach Anspruch 1, wobei der Druckmechanismus aus Bälgen besteht, welchen Arbeitsöl zugeführt wird.

7. Kontinuierliches variables Getriebe nach Anspruch 1, wobei der Druckmechanismus aus einem Kolbenmechanismus besteht, welcher von Arbeitsöl betätigt wird.