DE4415739A1 - Antriebsverbindung für die Einstellscheibe eines stetig veränderlichen Getriebes - Google Patents
Antriebsverbindung für die Einstellscheibe eines stetig veränderlichen GetriebesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebsverbindung für die Ein
stellscheibe eines stetig veränderlichen Getriebes gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stetig veränderliche Getriebe sind mit Riemenscheiben verse
hen, von denen die eine Scheibenhälfte fest und die andere
zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses axial ver
schiebbar ist und die mit einer Antriebswelle verbunden ist.
In bekannter Weise besitzen solche Getriebe zwei Scheiben
paare, nämlich eine primäre Scheibe, die mit einem Motor
verbunden ist, und eine sekundäre Scheibe, die mit dem An
triebsstrang eines Fahrzeugs, typischerweise über eine Kupp
lung, verbunden ist. U.S. 4,433,594 zeigt ein Beispiel.
Die Verbindung der Scheiben erfolgt über einen Antriebsrie
men, der mit den Seitenflächen der Scheibenhälften im Reib
schluß zusammenwirkt. Mit Hilfe der Verschiebung der beweg
lichen Scheibenhälften erfolgt die Einstellung des Über
setzungsverhältnisses, d. h. der V-förmige Spalt zwischen den
Scheibenhälften wird vergrößert bzw. verkleinert und damit
der wirksame Radius für den Antriebsriemen verändert.
Die Betätigung der beweglichen Scheibenhälften erfolgt mit
Hilfe eines hydraulischen Zylinders. Wird dieser mit Druck
beaufschlagt, so wird die verschiebbare Scheibenhälfte auf
die feste Hälfte hin verschoben und damit der wirksame
Scheibendurchmesser vergrößert. Bei Druckentlastung im
Zylinder erfolgt die Verschiebung entgegengesetzt und der
für den Riemen effektive Scheibendurchmesser verkleinert
sich. Im allgemeinen müssen die effektiven Durchmesser des
primären und sekundären Scheibenpaares gegensinnig einge
stellt werden, wie dies in U.S. 5,006,092 erläutert ist.
Die Verbindung zwischen der beweglichen Scheibenhälfte und
der Welle muß eine axiale Verschiebung zulassen, jedoch ra
dial fixiert sein. Im Stand der Technik finden sich ver
schiedene Lösungswege. Beispielsweise kann eine innere Nut
an der Welle zur Aufnahme eines Keiles vorgesehen sein.
Solche Keilnuten in der Welle und dem Flansch der Scheiben
hälfte bedingen ein teueres Herstellungsverfahren. Ferner
sind unter Drehmomentbelastung hohe Kräfte erforderlich, um
die Scheibenhälfte längs der Nut/Keilführung zu schieben.
Eine zu hohe Belastung der Keilnutverbindung kann zum Aus
fall des Getriebes führen.
Auch ist es bekannt, zur Verbindung der verschiebbaren
Scheibenhälfte mit der Welle Kugelkörper vorzusehen, von
denen mehrere in entsprechenden Rillen sitzen. Dabei fun
gieren die Kugeln sowohl als Wälzkörper für geringere Rei
bung und als Antriebsverbindung. Auch diese Herstellung ist
teuer und erfordert enge Herstelltoleranzen zwischen den
Kugeln und den Rillen.
Gemäß U.S. 3,868,862 ist ein schwenkbares Gelenk bzw. Ge
lenkteile zwischen Scheibenhälfte und Welle vorgesehen. Es
kann sich dabei um ein einfaches, am Umfang angeordnetes
Gelenk oder um drei beabstandete Gelenke handeln. Jedenfalls
sind die Gelenke fest und müssen mit Schwenkpunkten versehen
sein, die in der zweiten Ausführungsform Universalgelenke
sind. Diese müssen ständig geschmiert werden. Die Gelenke
üben eine Kraftkomponente auf den Scheibenflansch aus, die
die von anderen Mitteln auf den Flansch ausgeübten Kräfte
verstärkt oder verkleinert.
In U.S. 5,013,283 ist eine Antriebsverbindung mit Bolzen
dargestellt, die sich durch einen auf der Welle angeordneten
Kolben erstrecken und von diesem getragen sind. Die Bolzen
nehmen die vom Riemen ausgeübten Kräfte nahe dem Einwir
kungsbereich auf, so daß die verschiebbare Scheibenhälfte
leichter und weniger massiv ausgebildet sein kann.
Wenn auch bekannte Antriebsverbindungen zufriedenstellend
sind, so sind dennoch Verbesserungen wünschenswert. Die
Antriebsverbindung sollte möglichst billig herstellbar sein.
Insbesondere sollen die Kosten zum Bearbeiten der Welle usw.
möglichst gering sein und sich für Massenproduktion eignen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine An
triebsverbindung für eine verschiebbare Scheibenhälfte zu
schaffen, mit der der Scheibenflansch radial zur Welle fest
gelegt wird, sich jedoch axial verschieben kann, ohne daß
Kugelkörperführungen oder andere Gelenkverbindungen erfor
derlich sind, die die Herstellung verteuern.
Ferner soll die Servoeinrichtung zum Verschieben des Schei
benflansches längs der Welle hohen Festigkeitsansprüchen
genügen.
Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Erfindungsgemäß liefert diese Anordnung eine besonders hohe
Aussteifung von Seiten der Ringwand und des Endes der ring
förmigen Verlängerung, so daß der strukturelle Aufbau der
Servoeinrichtung besonders hohe Festigkeit aufweist. Die
verschiebbare Scheibenhälfte sitzt in einem engen Lagersitz
auf der Welle, der Lagersitz stützt also den beweglichen
Flansch radial ab, doch gestattet er die axiale Verschiebung
gegenüber der Welle.
Im übrigen ist stromab des sekundären Scheibenpaares minde
stens eine nicht dynamische Kupplung angeordnet. Dieses Sy
stem hat ein bestimmtes Drehmomentvermögen, das das Drehmo
ment des den Antriebsstrang antreibenden Motors übersteigt,
das jedoch geringer ist als das Drehmomentvermögen des Rie
mensystems. Es wird hierzu auf U.S. 5,006,092 hingewiesen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt eines stetig veränderlichen Ge
triebes;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Getriebes;
Fig. 3 und 4 perspektivische Ansichten des Getriebes mit dem
Riemen in einem ersten und zweiten Übersetzungs
verhältnis;
Fig. 5 eine erste Ausführungsform der Antriebsverbindung
im ersten Übersetzungsverhältnis;
Fig. 6 einen Schnitt ähnlich Fig. 5, aber im zweiten
Übersetzungsverhältnis;
Fig. 7 durch eine zweite Ausführungsform im ersten Über
setzungsverhältnis;
Fig. 8 einen Schnitt durch die zweite Ausführungsform im
zweiten Übersetzungsverhältnis und
Fig. 9 eine Draufsicht auf die Ausführungsform der Fig. 7
längs der Linie 9-9 in Fig. 7.
Zur Wirkungsweise des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ge
triebes wird auf U.S. 5,031,481; 5,006,092 und 4,433,594
hingewiesen. Eine eingangsseitige Schlupfkupplung 2 ist für
das Getriebesystem 3 vorgesehen, während nicht dynamische
Kupplungen 4, 5 für die Vorwärts- und Rückwärtsfahrt aus
gangsseitig angeordnet sind. Das Getriebesystem 3 besteht
aus ersten und zweiten Scheibenpaaren 10 und 11 und einem
Riemen 12. Das erste Scheibenpaar 10 besitzt Scheibenhälften
13 und 14 und das zweite Scheibenpaar 11 besitzt Scheiben
hälften 15 und 16. Die Scheibenhälften 13 und 14 sitzen auf
einer Welle 20, die von einem nicht dargestellten Motor an
getrieben wird. Ausgangswellen 22 und 23 sind mit einem
nicht dargestellten Antriebsstrang verbunden. Die Scheiben
hälften 15 und 16 sind auf einer Zwischenwelle 30 angeord
net. Die erste verschiebbare Scheibenhälfte 13 wird vom
Druck in einem ersten Zylinder 25 und die zweite verschieb
bare Scheibenhälfte 15 vom Druck in einer Zylinderkammer 25
betätigt.
Der Schlupfzustand der Kupplung 2 zum Starten wird durch den
Druck eines Druckmittels eingestellt, wobei ein bestimmter
minimaler Schlupf während des Betriebes vorteilhaft ist, um
Torsionsschwingungen zu dämpfen, die vom Motor auf das Sy
stem 3 des Getriebes ausgeübt werden.
Eine nicht dynamische Vorwärtskupplung 4 sitzt auf der
ersten Zwischenwelle 30 und eine nicht dynamische Rückwärts
kupplung 5 sitzt auf einer zweiten Zwischenwelle 31, die mit
den Abtriebswellen 22, 23 verbunden ist.
Beide Kupplungen 4, 5 sind nicht dynamisch und arbeiten in
einem von zwei Zuständen, entweder eingerückt oder ausge
rückt. Die Kupplungen 4, 5 werden hierzu hydraulisch betä
tigt entsprechend der Stellung eines Getriebehebels (nicht
dargestellt). Beim Einrücken der Vorwärtskupplung 4 rotieren
die Abtriebswellen 22, 23 über Zahnräder in einer ersten
Richtung zur Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs. Beim Einrücken der
Rückwärtskupplung 5 rotieren die Abtriebswellen 22, 23 über
Zahnräder in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung für
die Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs. Beide Kupplungen 4, 5 sind
gleichzeitig nicht eingerückt, da dies das System blockieren
würde, wenn sich die Abtriebswellen in keiner Richtung dre
hen können. Beide Kupplungen werden ausgerückt, wenn das Ge
triebe in der neutralen oder Parkstellung ist. Hierzu s.
auch U.S. 5,006,092.
Vorwärtszahnräder 40 sind drehfest mit der beweglichen Kupp
lungsplatte 42 der Vorwärtskupplung 4 verbunden. Die Zahn
räder werden angetrieben, wenn die Kupplung 4 einrückt und
die erste Zwischenwelle 30 mit der zweiten Zwischenwelle 31
kuppelt. Wird die Kupplung 4 gelöst, so erhält die zweite
Zwischenwelle 31 ein Drehmoment. Die Zahnräder 40 weisen ein
Antriebszahnrad 43 auf, das mit der Kupplungsplatte 42 ver
bunden ist und ein getriebenes Zahnrad 44, das mit der zwei
ten Zwischenwelle 31 rotiert.
Die zweite Zwischenwelle 31 ist mit den Abtriebswellen 22,
23 über Zahnräder 50 mit einem Antriebszahnrad 51 und einem
Abtriebszahnrad 52 verbunden. Wie dargestellt, rotieren die
Abtriebswellen 22, 23 in gleicher Richtung wie die erste
Zwischenwelle 30, so daß das Fahrzeug vorwärtsfährt, wenn
die Kupplung 4 eingerückt ist. Die Zahnräder können jedoch
auch in einer anderen Anordnung vorgesehen sein, und die
Abtriebswellen 22, 23 rotieren gegensinnig zur zweiten
Zwischenwelle 31, wenn die Abtriebswellen 22, 23 in Vor
wärtsrichtung für Vorwärtsfahrt rotieren und in Rückwärts
richtung für Rückwärtsfahrt.
Umkehr-Zahnräder 53, s. auch U.S. 5,006,092, sind vorge
sehen, so daß der Antriebsstrang auch mit Hilfe der Schei
benpaare 10,11 des stufenlosen Getriebes im umgekehrten Sinn
angetrieben wird.
Fig. 3 und 4 zeigen schematisch die Einstellung des Überset
zungsverhältnisses des stufenlosen Getriebes einschließlich
verschiedener Übersetzungsverhältnisse für Underdrive und
Overdrive. Die erste einstellbare Scheibe 10 sitzt auf der
Welle 20 und eine zweite einstellbare Scheibe 11 auf der
Welle 30. Ein Riemen 12 umschlingt die Scheiben 10 und 11.
Die Scheibe 10 besitzt konische Flansche 13 und 14 und die
Scheibe 11 konische Flansche 15 und 16. Zum Ändern des Über
setzungsverhältnisses ist der Flansch 13 der Scheibe 10
axial gegenüber dem Flansch 14 beweglich, wie auch der
Flansch 15 der Scheibe 11 gegenüber dem Flansch 16. Beide
Flansche jeder Scheibe können in Bezug aufeinander axial
verschiebbar sein, doch ist dies an sich nicht erforderlich,
um das Übersetzungsverhältnis zu ändern. Für den Reibschluß
des Riemens 12 mit den Scheibenflanschen ist mindestens
einer der Flansche jeder Scheibe konisch. Vielfach sind
beide Flansche konisch, wie dargestellt.
Eine erfindungsgemäß ausgebildete Scheibe 10 ist im einzel
nen in Fig. 5 dargestellt. Ein stufenloses Getriebe besitzt
zwei Scheibenpaare, von denen eines im Durchmesser kleiner
als das andere sein kann. Es wird nachfolgend nur eine
Scheibe näher beschrieben. Die Scheibe 10 besteht aus zwei
konischen Flanschen 13 und 14 mit Flächen 60 und 61 für
einen V-förmigen Spalt. Der Flansch 14 ist an der Welle 20
angeformt. Die Welle 20 ist über eine Startkupplung 5 mit
einer Antriebswelle 21 verbünden und diese mit einem Motor.
Die Scheibe 10 ist in einem ersten Übersetzungsverhältnis
eingestellt, wenn die Flansche 13, 14 beabstandet sind und
der Riemen 12 am Innenradius 23 liegt. Der verschiebbare
Flansch 13 besitzt eine Nabe 64, die auf der Welle 20 glei
tet. An der Nabe 64 ist eine Ringwand 65 aufgekeilt oder in
anderer Weise radial befestigt und axial von einem Siche
rungsring 70 gehalten. Der Ringwand 65 hat mehrere Bohrungen
71 zur gleitenden Aufnahme von Führungen 80. Vorzugsweise
ist ein Spiel zwischen der Ringwand 65 und einer wellensei
tigen Verlängerungswand 73 vorgesehen, so daß über die Dich
tung 96 nur eine Abdichtung erfolgt. Die Dichtung 96 und
Ringwand 65 sind somit von Tragkräften entlastet.
Der bewegliche Flansch 13 ist in Antriebsverbindung mit
einer Ringscheibe 72, die auf der Welle 20 aufgekeilt oder
in anderer Weise radial befestigt ist. An der Ringscheibe 72
ist eine Verlängerungswand 73 befestigt. Diese verbindet
sich mit dem Innenring 74. Der Innenring 74 und die Ring
scheibe 72 haben fluchtende Bohrungen 75, 76, durch die je
weils eine Führung 80 gesteckt ist. Diese besteht aus einer
Hülse 81, die zwischen der Seite 82 der Ringscheibe und der
Seite 83 des Innenrings 74 liegt, und aus einem Befesti
gungselement 84, das ein Bolzen 85 ist, der mit einer
selbsthemmenden Flanschmutter 86 versehen ist. Die Hülse 81
liegt innerhalb der Bohrung 71 der Ringwand 65 und liefert
somit die Antriebsverbindung zwischen dem beweglichen
Flansch 13 und der Welle 12, wobei eine Axialverschiebung
erfolgen kann. Mit dieser Anordnung wird von der Ringscheibe
72 und dem Innenring 74 in Kombination eine Aussteifung er
zielt, die die Festigkeit der Servoeinrichtung erheblich er
höht. Die Anzahl der Führungen 80 kann entsprechend gewählt
werden und ist teilweise abhängig vom Drehmoment. Bevorzugt
sind drei gleich beabstandete Führungen, wie aus Fig. 9 er
sichtlich ist.
Der bewegliche Flansch 13 wird hydraulisch axial verschoben.
Wie aus Fig. 5 und 6 ersichtlich, wird von der Ringwand 65,
der Ringscheibe 72, der Verlängerungswand 73 und der Welle
20 ein Zylinderraum 91 umschlossen, der über einen Kanal 62
und eine Bohrung 93 an eine Hydraulik (nicht dargestellt)
angeschlossen ist. Die Abdichtung des Zylinderraums 91 er
folgt durch die Dichtung 96. Steigt der Druck im Zylinder
raum 91, so verschiebt sich der bewegliche Flansch 13, indem
er die Fläche 94 der Ringwand 65 beaufschlagt. Dabei ver
schiebt sich der bewegliche Flansch 13 in Richtung auf den
festen Flansch 14. Die Gegenbewegung des beweglichen Flan
sches 13 erfolgt durch die Kraft des Riemens 12, der unter
Spannung auf die Seitenflächen 60, 61 der Flansche 13, 14
drückt.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen
Fig. 7 und 8. Der Aufbau ist weitgehend gleich mit der Aus
nahme, daß die Verlängerungswand 73 am Innenring 74 befe
stigt ist, und daß am beweglichen Flansch 13 eine ringför
mige Verlängerung 100 vorgesehen ist. Auf diese Weise ent
steht ein zusätzlicher Zylinderraum 101, der von den Flächen
95 und 99 des beweglichen Flansches 13, dem Innenring 74 und
der Verlängerung 100 des Flansches 13 umschlossen ist. Die
ser Zylinderraum 101 ist über einen Kanal 102 und eine Boh
rung 93 an eine Hydraulik (nicht dargestellt) angeschlossen.
Bei Druckbeaufschlagung der Zylinderräume 91 und 101 ver
schiebt sich der bewegliche Flansch 13 in Richtung auf den
festen Flansch 14. Damit ergeben sich höhere Betätigungs
kräfte. Die Ringwand 74 ist mit Dichtungen 96 gegenüber der
Verlängerung 100 und der Nabe 64 abgedichtet. Auch können
für die Bohrung 71 in der Ringwand 65 Dichtungen vorgesehen
sein, um Druckmittelleckage zwischen Bohrung und Hülse 81 zu
vermindern. Wie vorstehend bereits erläutert, ist der
Flansch 13 nicht am Ring 74, der Verlängerungswand 73 oder
der Ringwand 65 abgestützt. Die Abstützung erfolgt vielmehr
durch die Führungen 80.
Claims (6)
1. Stufenloses Getriebe zur Übertragung von Drehmo
ment von einer Antriebswelle (21) zu einer Abtriebswelle
(22) in stufenlosen Übersetzungsverhältnissen mit einem
Riemen, der eine auf der Antriebswelle sitzende einstellbare
Scheibe (10) und eine auf der Abtriebswelle (22) sitzende
zweite Scheibe (11) umschlingt, wobei beide Scheiben aus je
einer fest mit der Welle verbundenen Scheibenhälfte (14, 16)
und einer auf der Welle verschiebbaren, hydraulisch betätig
ten Scheibenhälfte (13, 15) besteht, dadurch gekennzeichnet,
daß an der Welle eine Ringscheibe (72) mit einer sich axial
erstreckenden Verlängerungswand (73) befestigt ist, daß an
der beweglichen Scheibenhälfte (13, 15) eine Ringwand (65)
befestigt ist, die abdichtend in die Verlängerungswand (73)
eingesetzt ist, und daß mindestens eine Führung (80) an der
Ringscheibe (72) befestigt ist, die sich durch jeweils eine
Bohrung (71) der Ringwand (64) erstrecken, wobei die be
wegliche Scheibenhälfte (13, 15) drehfest mit der Welle
verbunden, jedoch gegenüber der Welle axial verschiebbar
ist.
2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in einem Abstand von der Ringwand (72) am Ende der Ver
längerungswand (73) ein Innenring (74) vorgesehen ist und
die Führungen (80) den Innenring (74) mit der Ringscheibe
(72) verspannen.
3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Führungen aus einem Befestigungsbolzen
(85) und einer Hülse (81) besteht, die als Abstandshülse
zwischen den Innenseiten der Ringscheibe und des Innenrings
eingesetzt ist.
4. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der von der Ringscheibe (72), der Ver
längerungswand (73) der Welle und der Ringwand (65) gebil
dete Zylinderraum (91) an eine Hydraulik angeschlossen ist.
5. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ringwand (65) auf einer Verlänge
rungsnabe (64) der beweglichen Scheibenhälfte befestigt ist.
6. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die bewegliche Scheibenhälfte ebenfalls
eine sich axial erstreckende ringförmige Verlängerungswand
(100) aufweist, der Innenring (74) abdichtend (96) an der
Innenseite der Verlängerungswand (100) und der Außenseite
der Nabe (64) geführt ist und von den Flächen (95, 99) der
beweglichen Scheibenhälfte, der Verlängerungswand (100) und
der Stirnseite des Innenrings (74) ein weiterer Zylinderraum
(101) gebildet ist, der an eine Hydraulik angeschlossen ist.
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