DE4234747A1 - Stufenloses Variomatik Getriebe - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß es die automatischen Getriebe schon lange gibt. Insbesondere sind zwei Arten bekannt: Planetengetriebe mit hydraulischen Drehmomentwandler und Stufenlosgetriebe mit Keilriemen.

Die Planetengetriebe sind Drei- oder Mehrstufengetriebe. Der Wechsel des Ganges ist hydraulisch geführt. Es gibt mehrere Bremsbänder und Lamellenkupplungen die immer andere Räder des Planetengetriebes antreiben oder festhalten. Diese Kombinationen führen zu verschiedenen Übersetzungsverhältnissen für vorwärts und rückwärts. Es sind die Ravigneaux, Simpson, Wilson. B.M.C. u. a. Getriebe bekannt.

Die automatischen Planetengetriebe haben auch Nachteile: Die Bandbremsen und Lamellenkupplungen sind grob, die hydraulische Führung des Getriebes ist sehr kompliziert das Volumen und das Gewicht sind grob, der Motor verbraucht rund 10% mehr Kraftstoff und das ganze Getriebe ist teuer.

Die Stufenlosgetriebe mit Keilriemen sind relativ neu und es scheint so, daß diese bald eine grobe Konkurrenz machen werden. Sie arbeiten mit Keilriemen oder metallischen Gliedbändern, die über Scheiben veränderlichen Durchmessers laufen. Zum Anfahren gibt es eine Fliehkraftkupplung.

Beide Arten haben den Vorteil, daß der Fahrer nicht mit der Hand den Gang des Getriebes wechseln muß, was den Fahrer insbesondere im Stadtverkehr entlastet. Beim Stufenlosgetriebe gibt es keine Schaltpausen und Zugkraftunterbrechungen.

Auch die Stufenlosgetriebe haben Nachteile: Sie erfordern einen höheren technischen Aufwand, die ganze Leistung des Motors ist durch das Keilriemengetriebe übertragen und die Leistung dieses Keilriemengetriebes ist beschränkt. Das Übersetzungsverhältnis variiert in den beiden automatischen Getriebe in einem relativ kleinen Intervall.

Das Problem, das die Erfindung nach Anspruch 1 löst, besteht insbesondere in einem groben Gebiet der Veränderung des Übersetzungsverhältnisses, einem einfachen technischen Aufwand, einer Entlastung des Fahrers und einem kleineren Preis. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile, bestehen insbesondere darin, daß nur ein Teil der Leistung des Motors durch das Keilriemengetriebe übergetragen wird, daß die Kupplung nicht mehr nötig ist, daß einfache technische Aufwände erfordert werden, daß der Kraftstoffverbrauch des Motors vermindert werden kann, daß der Fahrer entlastet wird, daß der Preis niedriger wird, daß die Bequemlichkeit wächst und daß der Motor bei einer günstigen Drehzahl funktionieren kann.

Andere Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß man verschiedene Ausgleichsgetriebe und Variatoren benutzen kann, aber auf jedem Fall die Korrelation zwischen den inneren Übersetzungsverhältnissen muß respektiert werden, um ein kleinen Teil der Leistung des Motors durch den Keilriemenvariator zu übertragen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Wie im Bild 1 gezeigt wird, hat das Getriebe mehrere Teile: Das Ausgleichsgetriebe, der Keilriemenvariator, die Vorrichtung für den Wechsel des Übertragungsverhältnisses des Variators und den Führungsmechanismus.

Das Ausgleichsgetriebe besteht aus einem Ravigneaux Planetengetriebe mit den Sonnenrädern 13, 14, 15 und dem Planetenträger, der auch das Zahnrad 9 enthält. Das Ausgleichsgetriebe hat dann 4 Außenverbindungen und sein Freiheitsgrad ist 2. Das Ausgleichsgetriebe muß zwei Eingänge haben. Die anderen zwei Außenverbindungen können Ausgänge sein, aber wenn das Getriebe nur einen Ausgang braucht, bleibt der andere Ausgang frei. Die Eingänge des Ausgleichsgetriebes, das im Bild 1 dargestellt ist, sind der Planetenträger und eine von den Rädern 14 oder 15. Von der Kurbelwelle des Motors bekommt man nur eine Bewegung. Diese Bewegung ist in dem Keilriemenvariator eingeführt und dann in zwei Richtungen geteilt, so daß in dem Ausgleichsgetriebe zwei Bewegungen eingeführt werden, eine zu Rad 9 des Planetenträgers (durch das Rad 10 vom Motor) und eine Bewegung, die von dem Keilriemenvariator verändert ist, zu dem Zahnrad 15. Die beiden Bewegungen kombinieren sich in dem Ausgleichsgetriebe und man bekommt eine bestimmte Bewegung des Zahnrades 13. Wird die Bewegung zu Zahnrad 15 eingeführt, so kommt der Wagen im Vorwärtsgang und das Zahnrad 14 bewegt sich frei. Wird die Bewegung zu dem Zahnrad 14 eingeführt, so kommt der Wagen im Rückwärtsgang und das Zahnrad 15 bewegt sich frei. Der Eingang zu dem Zahnrad 15 (Vorwärtsgang) oder 14 (Rückwärtsgang) wird durch die Kupplung D durchgeführt.

Der Keilriemenvariator besteht aus den Scheiben 6, 7, 18 und 19 und dem Keilriemen (Bild 1). Die Scheiben 7 und 19 sind fest auf die entsprechenden Wellen befestigt und die Scheiben 6 und 18 sind verschiebbar.

Der Wechsel der Geschwindigkeit wird durch den Keilriemen­ variator durchgeführt. Weil die Kraft für das Antreiben des Geschwindigkeitspedals nicht grob sein muß, wird die Veränderung des Übersetzungsverhältnisses des Keilriemenvariators mit der hydraulischen Vorrichtung durchgeführt. Die Vorrichtung besteht aus der Buchse 3 mit den Schläuchen A und B, den Kolben 4 und 5, der Scheibe 7 und dem Deckel 8. Die Scheibe 7 und der Deckel 8 sind auf der Welle des Zahnrades 10 befestigt.

Der hydraulische Kolben 4, der mit mehreren longitudinalen Löcher T und R vorgesehen ist, kann sich in der Buchse 3 drehen und er kann damit zusammen nach links und rechts auf der Welle des Zahnrades 10 bewegen. Der Kolben 4 dreht sich mit der Welle des Zahnrades 10 zusammen. Die Löcher T sind mit dem Schlauch A mit Öl unter Druck und mit den Löchern "a" in Verbindung. Die Löcher R sind mit dem Schlauch B für den Rücklauf des Öls und mit den Löchern "b" und "c" in Verbindung.

Der Kolben 5 ist mit der Scheibe 6 fest verbunden und teilt den Raum zwischen der Scheibe 7 und dem Deckel 8 in zwei Teile: S1 und S2. Der Kolben hat auch die Ringnuten "f" und "g". Mehrere Löcher "d" verbinden die Ringnut "f" mit dem Raum S2 und mehrere Löcher "e" verbinden die Kreislöcher "g" mit dem Raum S1. Die Scheibe 6 bewegt sich nach links und rechts mit dem Kolben 5 zusammen. Wenn der Ring C des Kolben 5 nach rechts bewegt wird, schiebt er den Kolben 5 nach rechts auch und das Loch "a" wird mit der Ringnut "g" und das Loch "b" mit der Ringnut "f" in Verbindung sein. Das Öl unter Druck, durch den Schlauch A und die Löcher T, "a", "g" und "e" kommt in dem Raum S1 und bewegt den Kolben 5 nach rechts, bis der Kolben 5 das Loch "a" schließt. Das Öl aus dem Raum S2 durch die Löcher "d" "b" und R und durch den Schlauch B ist zurück in dem Behälter geschoben. Der Kolben 5 und die Scheibe 6 bleiben auf derselben Stelle so lange der Kolben 4 nicht nach links oder nach rechts geschoben ist. Wenn eine neue Stelle für die Scheibe 6 nötig ist, zum Beispiel auch nach rechts, wird der Kolben 4 wieder nach rechts geschoben und der Kolben 5 und die Scheibe 6 werden weiter nach rechts geschoben bis das Loch "a" wieder zu ist. Wenn der Kolben 4 nach links geschoben wird, werden dank die Löcher T, "a", "f" und "d" in Verbindung gesetzt, das Öl kommt in den Raum S2 und der Kolben 5 mit der Scheibe 6 wird nach links geschoben. Das Öl aus den Raum S1 kommt in dem Ölbehälter durch die Löcher "e", "g" "c", R und durch den Schlauch B. So wird der Abstand zwischen den Scheiben 6 und 7 variiert.

Der Führungsmechanismus besteht aus zwei Pedalen und entsprechenden Kabeln und Gliedern. Die beiden Pedalen sind: das Gaspedal 23 für die Beschleunigung des Motors und das Geschwindigkeitspedal 24 für die Veränderung des Übersetzungsverhältnisses des Keilriemenvariators und damit des Getriebes und die Veränderung der Geschwindigkeit des Wagens. Zwischen den zwei Pedalen gibt es eine Korrelation durch die Federraten R1 und R2. Die Korrelation kann auf zwei verschiedene Arten realisiert werden. Für die Art, die im Bild 6 dargestellt ist, ist die Federrate R1 kleiner als R2. Wenn das Gaspedal angetrieben wird, wird die Feder R1 zusammengepreßt und die Drehzahl des Motors wächst. Das Geschwindigkeitspedal wird auch zusammengepreßt und der Wagen fängt an sich zu bewegen. Aber der Weg des Geschwindigkeitspedals ist am Anfang kleiner als der Weg des Gaspedals, so daß die Drehzahl des Motors schneller als der Wechsel des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes wächst. Die Drehzahl des Motors wächst in der gleichen Zeit mit der Veränderung des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes und damit ist die Geschwindigkeit des Wagens von der Drehzahl des Motors abhängig.

Die Montage, die im Bild 7 dargestellt ist führt zuerst zu einem Wachstum der Drehzahl des Motors bis zum Beispiel zu der Drehzahl des maximalen Drehmomentes des Motors und nachher wird das Übersetzungsverhältnis gleichzeitig mit dem Wachsen der Drehzahl des Motors verändert. Das hat ein Vorteil im Anfahren des Wagens. Zu diesem Vorteil führt auch die Montage, die im Bild 6 dargestellt ist, wenn eine entsprechende Korrelation zwischen den Federraten R1 und R2 realisiert wird.

In den Getriebe sind die inneren Übersetzungsverhältnissen sehr wichtig: i01 - das innere Übersetzungsverhältnis des Ausgleichsgetriebes zwischen den Zahnrädern 15 und 13, wenn der Planetenträger fest ist, i02 - das innere Übersetzungsverhältnis des Ausgleichsgetriebes zwischen den Zahnrädern 14 und 13, wenn der Planetenträger fest ist, i03 - das innere Übersetzungsverhältnis zwischen den Zahnrädern 10 und 9, iv - das Übersetzungsverhältnis des Keilriemenvariators, zwischen den Scheiben 19 und 7, variabel.

Der Mechanismus kann als Getriebe in den Kfz′s funktionieren, nur wenn es zwischen diesen Übersetzungsverhältnissen eine bestimmte Korrelation gibt. Die Korrelation muß von jedem Hersteller bestimmt werden.

Das Getriebe hat mehrere Funktionslagen:
1. Leerlauf.
Das Gaspedal 23 und das Geschwindigkeitspedal 24 (Bild 6 und Bild 7) sind nicht gedrückt. Der Motor läuft mit der Leerlaufdrehzahl. Die Scheiben 6 und 7 sind maximum entfernt und die Scheiben 18 und 19 maximum genähert, so daß der Keilriemen entspannt ist und die Bewegung von den Scheiben 6, 7 zu den Scheiben 18, 19 nicht übertragbar ist. Das Zahnrad 10 bewegt sich und es treibt das Zahnrad 9 und den Planetenträger auch. Die Bewegung wird weiter zu den Zahnrädern 12, 11 und 15 übergetragen. Diese Zahnräder bewegen sich im Leerlauf mit der Kupplung D und den Scheiben 18, 19 zusammen. Das Zahnrad 14 bewegt sich frei. Das Zahnrad 13 kann nicht die Bewegung bekommen und weiter übertragen.
2. Anfahren.
Die Kupplung D muß das Rad 15 kuppeln. Um anzu­ fahren muß der Fahrer das Gaspedal und das Geschwindigkeitspedal drücken. Im ersten Moment bewegt sich nur das Gaspedal und der Motor wird beschleunigt, bis zum Beispiel bei der Drehzahl des maximalen Drehmomentes des Motors. In diesem Moment wird auch das Geschwindigkeitspedal angetrieben und es bewegt die Kupplung C nach rechts. Die Scheiben 6 und 7 beginnen sich zu nähern, so daß der Keilriemen gespannt sein wird und das Übersetzungsverhältnis des Keilriemengetriebes wird verändert. Der Wagen beginnt sich zu bewegen. Weiter drückend, wird die Kupplung C und die Scheibe 6 weiter nach rechts geschoben, das Übersetzungsverhältnis verändert sich und der Wagen wird beschleunigt. Die Drehzahl des Motors wächst gleichzeitig mit der Veränderung des Übersetzungsverhältnisses und die Geschwindigkeit des Wagens wächst. Zwischen den zwei Pedalwegen kann so eine Korrelation sein, daß wenn die beiden Pedale ganz tief gedrückt sind, die Drehzahl des Motors zur Drehzahl der maximalen Leistung, oder höher sein kann und das Übersetzungsverhältnis des Keilriemengetriebes minimal sein kann. Die Geschwindigkeit des Wagens ist dann am höchsten.
3. Vollast.
Der Wagen funktioniert zwischen der minimalen und maximalen Geschwindigkeit in der Zeit in dem der Motor zwischen der Drehzahl des maximalen Drehmoments und der maximalen Leistung funktioniert. Es ist auch möglich die Drehzahl des Motors zur Drehzahl des minimalen Kraftstoffverbrauches zu beschränken und der Wagen wird mit einem minimalen Verbrauch funktionieren.
4. Bremsbereich.
Um zu bremsen ist es genug, den Fahrer die Gas- und Geschwindigkeitspedale nicht mehr drücken zu lassen. So sind die Pedale zurückgeschoben, die Kupplung C wird nach links geschoben, das Übersetzungsverhältnis des Keilriemengetriebes wird vergrößert und die Geschwindigkeit des Wagens verkleinert. Das geschieht bis die Kupplung C ganz nach links geschoben ist und das Keilriemengetriebe die Bewegung nicht mehr überträgt.
Um zu parken, wird jetzt die Handbremse gezogen.
Der Wagen kann stärker oder schwächer gebremst werden, wenn der Fahrer schneller oder langsamer das Bein von dem Gas- und Geschwindigkeitspedal nimmt.
Wenn das Bremsen des Wagens stärker sein muß, dann wird das Bremsen mit dem Getriebe und Motor auch mit den Betriebsbremsen unterstützt.
Ein Antiblockier-System ist mit einer Drossel in dem hydraulischen Umkreis möglich. Die Drossel wird von einem Radsensor geführt.
5. Rückwärts.
Wenn die Kupplung D das Rad 14 mit der Scheibe 19 kuppelt, kommt der Wagen im Rückwärtsgang und das Anfahren, der Vollast und der Bremsbereich funktionieren auf die gleiche Art wie im Vorwärtsgang.

Das Ausgleichsgetriebe hat den Freiheitsgrad zwei. Trotzdem muß das Getriebe mit dem Freiheitsgrad eins funktionieren. Darum ist es nötig zwischen den zwei Außenverbindungen des Ausgleichsgetriebes den Keilriemenvariator einzuführen. Es gibt mehrere Möglichkeiten den Keilriemenvariator zwischen den Außenverbindungen des Ausgleichsgetriebes einzuführen. Das kinematische Schema des Getriebes, das im Bild 1 dargestellt ist, ist im Bild 2 gegeben. Man sieht, daß die Kupplung D die Scheibe 18 des Keilriemengetriebes und eine von den Rädern 15 oder 14 kuppeln kann. Das Keilriemengetriebe ist dann zwischen einer von diesen Rädern und dem Planetenträger, durch die Räder 10 und 9 eingeführt.

Eine andere Möglichkeit ist im Bild 3 dargestellt. Das Keilriemengetriebe ist zwischen dem Rad 13 und dem Planetenträger durch die Räder 10 und 9 eingeführt. Der Ausgang kann das Rad 13 oder das Rad 10 sein. Der Vorwärts- oder Rückwärtsgang wird mit der Kupplung D gewählt.

Das Getriebe das im Bild 4 dargestellt ist, hat das Keilriemengetriebe zwischen dem Rad 13 durch den Rädern 9 und 10 und eine von den Rädern 14 oder 15. Der Eingang kann bei dem Rad 10 oder eins von den Rädern 15 oder 14 sein und der Ausgang zu dem Planetenträger 22.

Im Bild 5 ist ein anderes Getriebe dargestellt. Das Keilriemengetriebe ist zwischen dem Rad 13 durch den Rädern 10 und 9 und dem Planetenträger eingeführt. Der Eingang ist beim Rad 15 oder 14 und es sind zwei Ausgänge möglich, entweder 01 zu dem Planetenträger, oder 02 zu dem Rad 10.

Eine günstige Lösung dieses Getriebes ist möglich, nur wenn es eine richtige Beziehung zwischen den inneren Übersetzungsverhältnissen gibt. Im Getriebe darf keine Parasitärkraft laufen und die Veränderung des Übersetzungsverhältnisses muß grob genug sein. Um eine gute Korrelation zwischen der Drehzahl des Motors und dem Übersetzungsverhältnis zu bekommen ist eine gute Korrelation zwischen den Federraten R1 und R2 der Feder des Gas- und Geschwindigkeitspedals (Bild 6 und 7) nötig. Eine elektrische Korrelation ist es auch möglich.

Die Erfindung kann als Getriebe bei PKW′s, LKW′s, Traktoren, Motorräder, Gabelstapler u. a. Fahrzeugen benutzt werden.

Claims (6)

1. Stufenloses Variomatik-Getriebe für Wagen, Motorräder, Traktoren, Gabelstapler und andere Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Ausgleichsgetriebe mit vier oder mehreren Außenverbindungen, einem Variator zwischen zwei von diesen vier Außenverbindungen, einem Zahnradgetriebe, einer Vorrichtung für den Wechsel des Übersetzungsverhältnisses des Variators, einer Kupplung für das Wählen des Vorwärts- oder Rückwärtsganges und einem Führungsmechanismus besteht.

2. Stufenloses Variomatik-Getriebe nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsgetriebe mit Stirnradgetriebe, Kegelradgetriebe oder anderen Zahnradgetriebe, so wie mit Keilriemen sein kann.

3. Stufenloses Variomatik-Getriebe nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Variator mit Keilriemen, mit Stahlbänder oder andere Typen sein kann.

4. Stufenloses Variomatik-Getriebe nach den Patentansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung für den Wechsel des Übersetzungsverhältnisses des Variators, eine hydraulische Vorrichtung ist, die die Relativlage der Scheiben des Variators und dadurch den Übersetzungsverhältnis direkt von der Lage des Geschwindigkeitspedals abhängig macht.

5. Stufenloses Variomatik-Getriebe nach den Patentansprüchen 1, 2, 3, und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsmechanismus ein Gaspedal und ein Gaschwindigkeitspedal hat, zwischen deren Relativlagen es eine bestimmte Korrelation ist.

6. Stufenloses Variomatik-Getriebe nach den Patentansprüchen 1, 2, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kinematische Verbindung zwischen den zwei Außenverbindungen mit zwei Variatoren sein kann.