DE4439993C2 - Stufenloses Getriebe - Google Patents
Stufenloses GetriebeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein stufenloses Getriebe, das im Kraftübertragungssystem
verschiedener Kraftfahrzeughilfsmaschinen verwendet wird, die zum Beispiel von
einem Verbrennungsmotor an getrieben werden.
Neu Kraftfahrzeuge sind mit einer Anzahl von Hilfsmaschinen ausgerüstet, wie
Hydraulikpumpen zur Versorgung einer Servolenkung und/oder eines automa
tischen Getriebes mit Hydrauliköl, Batterielademaschinen und Kompressoren für
Klimaanlagen. Viele dieser Hilfsmaschinen werden durch die vom Motor erzeugte
Kraft angetrieben, die zum Beispiel durch einen Riemen über eine am Ende einer
Kurbelwelle befestigte Riemenscheibe übertragen wird.
Falls eine solche Hilfsmaschine durch direkte Übertragung der Drehkraft des
Motors angetrieben wird, entsteht ein beträchtlicher Leistungsverlust, wenn der
Motor mit hoher Drehzahl läuft. Falls die Spezifikationen der Hilfsmaschine mit
dem Ziel der Minimierung des Leistungsverlustes festgelegt werden, taucht ande
rerseits das Problem auf, daß die Hilfsmaschine nicht mit genügender Leistung
arbeiten kann, wenn der Motor mit niedriger Drehzahl läuft. Daher hat man im
Stand der Technik einen Aufbau verwendet, bei dem an einer vor der Hilfs
maschine liegenden Stelle des Kraftübertragungssystems ein Getriebe zwischen
geschaltet ist, wobei das Untersetzungsverhältnis des Getriebes entsprechend der
Antriebsdrehzahl vom Motor her eingestellt wird. Wenn die Antriebsdrehzahl
niedrig ist, wird die Antriebskraft direkt an die Hilfsmaschine übertragen. Wenn
die Antriebsdrehzahl hoch ist, wird eine Drehzahlverringerung mit einem bestimmten
Untersetzungsverhältnis durchgeführt, bevor die Drehzahl an die Hilfs
maschine übertragen wird, wodurch das oben beschriebene Problem gelöst wird.
Als Getriebe hat man weithin Getriebe verwendet, die die Drehzahl stufenlos
ändern können. Dies dient dazu, durch die Änderungen des Untersetzungsver
hältnisses verursachte plötzliche Änderungen der Motorlast und eine Verschlech
terung der Fahrstabilität zu vermeiden. Die Änderung des Untersetzungsverhält
nisses des Getriebes wird im allgemeinen durchgeführt, indem die Antriebsdreh
zahl des Motors gemessen und ein Drehzahlregler entsprechend der gemessenen
Drehzahl betätigt wird. Jedoch führt ein solcher Aufbau zu einem komplizierten
und großformatigen Gesamtaufbau des Getriebes, und daher ist es schwierig,
einen Einbauplatz im Kraftübertragungssystem zu bekommen, und ist es wahr
scheinlich, aufgrund von äußeren Störungen Fehlfunktionen zu verursachen.
Die obige Erörterung bedeutet, daß ein bevorzugter Aufbau für ein im Kraftüber
tragungssystem von Kraftfahrzeughilfsmaschinen verwendetes Getriebe imstande
sein sollte, das Übersetzungsverhältnis unter Verwendung von einfachen mechani
schen Mitteln entsprechend der Antriebsdrehzahl stufenlos zu ändern. Stufenlose
Getriebe, die dieses Ziel verwirklichen, sind in den JP-OSen 63-82876 (1988) und
61-228155 (1986) und der US 4738164 beschrieben.
Das in der JP-OS 63-82876 (1988) beschriebene stufenlose Getriebe war zur
Verwendung bei einer Hydraulikpumpe zur Versorgung einer Servolenkung mit
Hydrauliköl gedacht. Eine durch die Motorkraft angetriebene Antriebswelle und
eine die Hydraulikpumpe antreibende Abtriebswelle sind über eine Verstell
riemenscheibe miteinander verbunden, welche das Untersetzungsverhältnis durch
Änderung ihres Wirkdurchmessers ändert. Auf der Außenseite einer Hälfte eines
Kegelkörpers auf der Abtriebswelle, der die Verstellriemenscheibe bildet, ist eine
Stahlkugel angeordnet. Die Stahlkugel bewegt sich unter der Wirkung durch die
Drehung der Abtriebswelle erzeugten Zentrifugalkraft in der Radialrichtung nach
außen und drückt dadurch den Halbkörper nach innen, und zwar so, daß er sich
der anderen Hälfte nähert.
Da der Wirkdurchmesser der Verstellriemenscheibe auf der Abtriebswellenseite
zunimmt, wenn sich die beiden Halbkörper entsprechend der Bewegung der Stahl
kugel einander nähern, und die Bewegung der Stahlkugel durch eine Zunahme der
Drehzahl der Abtriebswelle bewirkt wird, wird bei diesem Aufbau das Unter
setzungsverhältnis von der Antriebswelle zur Abtriebswelle stufenlos geändert,
wenn die Drehzahl der Abtriebswelle zunimmt.
Die in der JP-OS 61-228155 (1986) und der US 4738164 beschriebenen stufenlosen
Getriebe sind prinzipiell stufenlose Getriebe vom Ringkegeltyp, bei denen eine
Antriebsscheibe, die die Motorkraft empfängt, und eine Abtriebsscheibe auf der
Abtriebsseite zur Hilfmaschine hin mit einer Vielzahl von Planetenkegeln in
Rollkontakt stehen, die in der Umfangsrichtung zwischen beiden Scheiben liegen.
Es gibt einen Drehzahländerungsring, der mit allen Planeten kegeln auf ihren zu
den Mittelachsen der Antriebsscheibe und der Abtriebsscheibe parallelen Kegel
erzeugungslinien in Rollkontakt steht, so daß die Positionen des Rollkontakts mit
den Planetenkegeln durch die Bewegung des Drehzahländerungsrings in der
Axialrichtung geändert werden, wodurch das Untersetzungsverhältnis von der
Antriebsscheibe zur Abtriebsscheibe stufenlos geändert wird. Die stufenlosen
Getriebe weisen ferner ein Zentrifugalantriebsrad, das auf dem Umfang eines
bestimmten Kreises drehbar ist, dessen Mitte auf der Achse des Zentrifugal
antriebsrades liegt, und ein ringförmiges Nockenelement auf, das ein Innenrad
aufweist, das mit dem Außenrad des Zentrifugalantriebsrades in Eingriff steht,
wobei ein vom Drehzahländerungsring vorstehender Rollenkeil mit der Nocken
fläche des Nockenelements in Rollkontakt gebracht wird.
Wenn sich in diesem Aufbau das Zentrifugalantriebsrad um die Drehachse dreht,
dreht sich das Nockenelement, das über das Innenrad damit in Eingriff steht, um
über den Rollenkeil den Drehzahländerungsring anzutreiben, und bewegt sich in
der Axialrichtung, um dadurch die Drehzahl zu ändern. Das Zentrifugalantriebs
rad weist einen Gewichtsteil auf, der sich exzentrisch an einer Stelle in der
Umfangsrichtung mit einem Versatz von der Drehachse befindet, und wird durch
die Zentrifugalkraft, die entsprechend der Drehung auf dem Kreis wirkt, worauf
es montiert ist, zur Drehung um die Drehachse herum angetrieben, so daß sich der
Gewichtsteil in der Radialrichtung auf der Außenseite befindet. Somit wird das
Untersetzungsverhältnis von der Antriebsseite zur Abtriebsseite stufenlos
geändert, wenn die Drehzahl der Abtriebsseite zunimmt.
In dem in der JP-OS 63-82876 beschriebenen stufenlosen Getriebe ändert sich der
Wirkdurchmesser der Verstellriemenscheibe auf der Abtriebswellenseite entspre
chend der durch die Wirkung der Zentrifugalkraft verursachten Bewegung der
Stahlkugel, wodurch die Drehzahlverringerung bewirkt wird. Jedoch erfordert
eine Vergrößerung des Wirkdurchmessers der Verstellriemenscheibe auf der
Abtriebswellenseite Kraft, um der Zugkraft eines Transmissionsriemens entge
genzuwirken, der die Verstellriemenscheiben auf der Abtriebswelle und der
Antriebswelle verbindet. Diese Kraft kann durch die Treibkraft der Stahlkugel
nicht aufgebracht werden. Das bedeutet, daß die Drehzahlverringerung bei dem in
der JP-OS 63-82876 beschriebenen stufenlosen Getriebe schwierig zu verwirk
lichen und daher unpraktisch ist.
Andererseits benötigen die in der JP-OS 61-228155 (1986) und der US 4738164
beschriebenen stufenlosen Getriebe keine große Kraft, um den Drehzahlände
rungsring für eine Drehzahländerung in der Axialrichtung zu bewegen, und führen
den oben beschriebenen Betrieb ohne Schwierigkeiten durch. Jedoch benötigen
diese Getriebe Präzisionsteile, die eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit verlangen,
wie das Nockenelement, das mit dem Innenrad versehen ist, und das Zentrifugal
antriebsrad, das mit dem Nockenelement in Eingriff steht, und haben den
Nachteil, daß zur Bearbeitung und Montage dieser Teile einiges am Mannstunden
benötigt wird.
Außerdem führen alle wie oben beschrieben aufgebauten stufenlosen Getriebe
des Standes der Technik den Drehzahländerungsbetrieb entsprechend der Dreh
zahländerung auf der Abtriebsseite durch und sind nicht imstande, die Eigen
schaft zu zeigen, daß die Abtriebsdrehzahl abnimmt, wenn die Antriebsdrehzahl
vom Motor zunimmt, wie es gelegentlich bei Hilfsmaschinen von Kraftfahrzeugen
benötigt wird.
Zum Beispiel benötigt eine Hydraulikpumpe zur Versorgung einer Servolenkung
mit Hydrauliköl auf Grund einer kleineren vom Straßenbelag auf die gelenkten
Reifen wirkenden Widerstandskraft fast keine Servokraft, wenn das Kraftfahrzeug
mit hoher Geschwindigkeit fährt, und muß daher eine geringere Ölmenge als
diejenige fördern, die bei langsamer Fahrt benötigt wird. Jedoch verringert ein
stufenloses Getriebe des Standes der Technik die Drehzahl der Hydraulikpumpe
auf der Abtriebsseite nicht, sondern erhöht die Drehzahl der Hydraulikpumpe,
wobei die Geschwindigkeit der Erhöhung verringert wird, wenn die Motordrehzahl
auf der Antriebsseite zunimmt. Wenn das Kraftfahrzeug mit hoher Geschwindig
keit fährt, wird die Hydraulikpumpe somit mit einer hohen Drehzahl angetrieben,
so daß sie nutzloses Hydrauliköl fördert, das zur Unterstützung des Lenkbetriebs
nicht benötigt wird. Es ist bekannt, daß die von einer Hydraulikpumpe verbrauch
te Leistung der dritten Potenz der Drehzahl ungefähr proportional ist, und der
durch das Fördern des nutzlosen Hydrauliköls verursachte Verlust an Motor
leistung ist bedeutend, was zu einer Verschlechterung der Fahrleistungen und der
gefahrenen Kilometer des Kraftfahrzeugs führt.
Um es zusammenzufassen, wird von einer Hydraulikpumpe für eine Servolenkung
zwar verlangt, die Drehung ohne Drehzahlverringerung zu übertragen, wenn die
Antriebsdrehzahl des Motors niedrig ist, und die Drehung nach einer geeigneten
Drehzahlverringerung zu übertragen, wenn die Antriebsdrehzahl des Motors hoch
ist; die stufenlosen Getriebe des vorstehend beschriebenen Standes der
Technik sind aber nicht imstande, einen solchen Drehzahländerungsbetrieb
durchzuführen.
Ein stufenloses Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist auf der US
4 662 244 bekannt. Des weiteren ist aus der US 3 802 295 ein stufenloses Getriebe
bekannt, bei dem die Umwandlung der Bewegung von über Schwenkarme radial
verlagerbaren beweglichen Körpern in die axiale Bewegung einer
Drehzahländerungseinrichtung vorgesehen ist.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein alternatives
gattungsgemäßes stufenloses Getriebe zu schaffen, bei dem die
Bewegungsumwandlungseinrichtung einfach im Aufbau ist und wenig Platz benötigt.
Diese Aufgabe wird im wesentlichen durch die Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen stufenlosen Getriebe
wird der Drehzahländerungsring durch die Radialbewegung der beweg
lichen Körper angetrieben, sich in der Axialrichtung zu bewegen, wodurch eine
Drehzahlverringerung erreicht wird. Die Bewegung der beweglichen Körper wird
durch die Wirkung der Zentrifugalkraft in Verbindung mit der Drehung der An
triebswelle verursacht, und das Untersetzungsverhältnis, das durch die Bewegung
des Drehzahländerungsrings eingestellt wird, wird nur entsprechend der Ände
rung der Drehzahl der Antriebsseite festgelegt, ohne Rücksicht auf die Drehzahl
der Abtriebsseite.
Wenn die Bewegungsumwandlungseinrichtung einen
Körper zur Bewegung des Drehzahländerungsrings aufweist, um die Drehzahl zu
verringern, und der Körper eine Nockenfläche aufweist, die so angeordnet
ist, daß sie dem Bewegungsbereich der beweglichen Körper gegenüberliegt, und
die Neigungswinkel aufweist, die in einem Querschnitt, der die Achse enthält, in
der Radialrichtung verschieden sind, so hängt ein Änderungsmodus
des Untersetzungsverhältnisses von einem Änderungsmodus der Neigungswinkel
der Nockenfläche ab, da die beweglichen Körper die Nockenfläche entsprechend dem Neigungswinkel
an jeder Position während der Bewegung antreiben und der Änderungsmodus der Abtriebsdrehzahl kann geeig
net eingestellt werden.
Werden bei dem stufenlosen Getriebe der Erfindung die Neigungswinkel der
Nockenfläche in bezug auf die Achse in Richtung auf einen Außenumfang der
Antriebswelle kleiner gemacht, läßt sich ein stufenloses Getriebe schaffen, das die
Eigenschaft aufweist, daß sich die Abtriebsdrehzahl in der zur Änderung zur
Antriebsdrehzahl umgekehrten Weise ändert.
In einem niedrigen Drehzahlbereich, in dem die beweglichen Körper die Nocken
fläche auf der Innendurchmesserseite an treiben, erfährt daher das Untersetzungs
verhältnis für eine gegebene Bewegung der beweglichen Körper einen geringen
Änderungsbetrag, während in einem hohen Drehzahlbereich, in dem die beweg
lichen Körper die Nockenfläche auf der Außendurchmesserseite antreiben, der
Änderungsbetrag größer wird. Somit bleibt die Drehzahl der Abtriebswelle hoch,
während die Drehzahl der Antriebswelle niedrig ist, und nimmt schnell ab, wenn
die Drehzahl der Antriebswelle zunimmt, was die Eigenschaft ergibt, daß sich die
Abtriebsdrehzahl in der zu der Änderung der Antriebsdrehzahl umgekehrten
Weise ändert.
Sind bei dem stufenlosen Getriebe der Erfindung ferner die beweglichen Körper
auf der Tragwelle über Lager montiert, so drehen sich
die beweglichen Körper besonders leichtgängig.
Bei dem stufenlosen Getriebe der Erfindung kann ferner eine Bewegungsstrecke
der Bewegungsumwandlungseinrichtung in der Axialrichtung durch ein Gehäuse
beschränkt werden. Das Getriebe enthält dann eine kleinere Zahl von Teilen, die
die Anfangsposition des Drehzahländerungsrings beeinflussen können, was zu
einer hohen Einstellgenauigkeit der Anfangsposition des Drehzahländerungsrings
führt.
In der folgenden
Beschreibung werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.
In der Zeichnung sind:
Fig. 1 eine Längsschnittskizze, die eine Anwendung eines stufenlosen Getriebes
gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine Skizze zur Erläuterung des Arbeitsprinzips der Drehzahlverringerung
in dem stufenlosen Getriebe der Erfindung;
Fig. 3 eine Prinzipskizze, die die Positionsbeziehungen zwischen den Bauteilen
der Erfindung im Falle eines maximalen Untersetzungsverhältnisses zeigt;
Fig. 4 eine Prinzipskizze, die die Positionsbeziehungen zwischen den Bauteilen
der Erfindung im Falle eines minimalen Untersetzungsverhältnisses zeigt;
Fig. 5 ein Graph, der die Beziehung zwischen der Antriebsdrehzahl und der
Abtriebsdrehzahl zeigt, die durch Verwendung des stufenlosen Getriebes der
Erfindung erhalten wird;
Fig. 6 eine vergrößerte Skizze, die den Aufspannzustand einer Spiralfeder des
stufenlosen Getriebes der Erfindung zeigt;
Fig. 7 eine Prinzipskizze, die den Federteil einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung zeigt;
Fig. 8 eine Längsschnittskizze, die eine Anwendung eines stufenlosen Getriebes
gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
Fig. 9 eine vergrößerte Skizze der Umgebung einer Berührungsposition zwischen
einem beweglichen Körper und einer Nockenfläche in der zweiten Ausführungs
form.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, die ihre Ausfüh
rungsformen zeigen, im Detail beschrieben.
Fig. 1 ist eine Längsschnittskizze, die eine Anwendung eines stufenlosen Getrie
bes gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung in einem Kraftübertra
gungssystem einer Hydraulikpumpe zur Versorgung einer Servolenkung mit
Hydrauliköl zeigt. In der Zeichnung ist eine Hydraulikpumpe 1 eine Flügelpumpe,
die mit einem Rotor 10 von kurzer zylindrischer Form, der eine Vielzahl von in der
Radialrichtung frei vor und zurück beweglichen Flügeln festhält, und einem
Nockenring 11 in Form eines Rings mit einer ungleichmäßigen Wanddicke verse
hen ist. Der Nockenring 11 und eine Druckplatte 12, die koaxial dazu auf einer
Seite des Nockenrings 11 angeordnet ist, sind zusammen von einem Pumpen
gehäuse 14 umgeben, und der Nockenring 11 ist zwischen einer Endplatte 13, die
die andere Seite des Pumpengehäuses 11 verschließt, und der Druckplatte 12 fest
gehalten und befestigt. Der Rotor 10 ist beweglich im Nockenring 11 eingesetzt
und auf einer Transmissionswelle 2 befestigt, die durch die Druckplatte 12 hin
durchgeht, durch die Achse des Nockenrings 11 verläuft und an ihrem einen Ende
mittels der Endplatte 13 gelagert ist, so daß er sich entsprechend der Drehung der
Transmissionswelle 2 koaxial innerhalb des Nockenrings 11 dreht.
Die wie oben beschrieben aufgebaute Hydraulikpumpe 1 arbeitet, um in einer
Vielzahl von Pumpenkammern, die in der Umfangsrichtung zwischen dem Außen
umfang des Rotors 10 und dem Innenumfang des Nockenrings 11 angeordnet sind,
Hydraulikdruck zu erzeugen. Diese Pumpenkammern stehen über einen Ölan
saugweg 16, der auf den Innenseiten der Endplatte 13 und des Pumpengehäuses 14
gebildet ist, mit einer auf der oberen Außenseite des Pumpengehäuses 14
montierten Ansaugleitung 15 in Verbindung, und außerdem stehen sie über eine
Druckkammer 17, die hinter der Druckplatte 12 gebildet ist, mit einer in der
Zeichnung nicht gezeigten Auslaßleitung in Verbindung.
Die Ansaugleitung 15 steht mit einem in der Zeichnung nicht gezeigten Ölbe
hälter in Verbindung, der das Hydrauliköl für die Servolenkung enthält, und wenn
sich der Motor 10 aufgrund der Drehung der Transmissionswelle 2 dreht, wird das
Hydrauliköl durch die Ansaugleitung 15 und den Ölansaugweg 16 hindurch in jede
Pumpenkammer auf der Außenseite des Rotors 10 eingeleitet. Die vielen am
Rotor 10 gehalterten Flügel drücken mit ihren Spitzen gegen den Innenumfang
des Nockenrings 11 und drehen sich zusammen mit dem Rotor 10, während sie sich
in der Radialrichtung vor- und zurückbewegen, indem sie der Welligkeit des
Innenumfangs folgen, so daß sich das in jede Pumpenkammer eingeleitete
Hydrauliköl, das in einem zwischen den benachbarten Flügeln gebildeten Raum
enthalten ist, zusammen mit dem Motor 10 dreht, wobei der Druck erhöht wird,
und durch die Druckkammer 17 und die Auslaßleitung hindurch zur Servolenkung
gefördert wird.
Ein stufenloses Getriebe 3 ist vom dem Fachmann bekannten Ringkegeltyp, bei
dem Außenumfänge einer Antriebsscheibe 31 und einer Abtriebsscheibe 32 mit
den Unterseiten einer Vielzahl von Planetenkegeln 33 in Rollkontakt stehen, die
in der Umfangsrichtung zwischen die Scheiben gesetzt sind (und von denen in der
Zeichnung nur zwei gezeigt sind). Ein auf den Umfängen der Planetenkegel 33
montierter ringförmiger Drehzahländerungsring 34 steht mit allen Planeten kegeln
33 auf ihren Kegelerzeugungslinien, die zu den Mittelachsen der Antriebsscheibe
31 und der Abtriebsscheibe 32 parallel sind, in Rollkontakt. Der Drehzahl
änderungsbetrieb wird durchgeführt, indem der Drehzahländerungsring 34 in der
Axialrichtung bewegt wird und dadurch die Positionen des Rollkontakts mit den
Planetenkegeln 33 geändert werden.
Die Antriebsscheibe 31 ist über Keilnuten mit einer Antriebswelle 4 gekoppelt,
die koaxial in einem Transmissionsgehäuse 30 gelagert ist, so daß sie sich zusam
men mit der Antriebswelle 4 dreht. Das andere Ende der Antriebswelle 4 steht auf
der Seite gegenüber der Befestigungsseite des Pumpengehäuses 14 vom Trans
missionsgehäuse 30 nach außen vor und ist über eine am vorstehenden Ende der
Antriebswelle 4 befestigte V-Riemenscheibe 5 und einen in der Zeichnung nicht
gezeigten V-Riemen, der um die V-Riemenscheibe 5 herumgelegt ist, mit der
Abtriebsseite eines nicht gezeigten Motors verbunden. Folglich drehen sich die
Antriebswelle 4 und die darauf befestigte Antriebsscheibe 31 entsprechend der
von der V-Riemenscheibe 5 übertragenen Motordrehung.
Die Abtriebsscheibe 32 ist mittels der Antriebswelle 4 frei drehbar und koaxial
dazu gelagert, indem der auf ihrer Innenseite montierte zylindrische Teil auf das
Ende der Antriebswelle 4 gesteckt ist. Das Ende der Transmissionswelle 2, das
sich vom Pumpengehäuse 14 aus in das Transmissionsgehäuse 30 hinein erstreckt,
ist über eine Keilnutenkupplung mit einer Druckplatte 35 in Form einer dicken
Scheibe versehen, wobei die Druckplatte 35 so ausgebildet ist, daß sie einer
inneren Hälfte der Abtriebsscheibe 32 gegenüberliegt, d. h., der nicht mit den Pla
netenkegeln 33 in Rollkontakt stehenden Seite der Abtriebsscheibe 32. Außerdem
ist in die Druckplatte 35 an ihrer Mitte das Fußende einer Tragwelle 38 geschoben
und daran befestigt, wobei die Spitze der Tragwelle 38 ein geeignetes Stück weit
frei drehbar in ein Lagerloch gesteckt ist, das in der Mitte des Endes der Antriebs
welle 4 ausgebildet ist, so daß die Wirkung der Tragwelle 38 die Konzentrizität der
Antriebswelle 4 und der Transmissionswelle 2 aufrechterhält.
Ein Abstand zwischen der Abtriebsscheibe 32 und der Druckplatte 35 wird durch
die Kraft einer zwischen diese Scheiben gesetzten Spiralfeder 36 aufrechterhal
ten. Die Abtriebsscheibe 32 und die Druckplatte 35 sind auf ihren einander gegen
überliegenden Seiten mit Nockenflächen versehen, die in der Umfangsrichtung an
bestimmten Umfängen schräg stehen, und zwischen den Nockenflächen sind
Nockenkugeln 37 eingesetzt. Wenn sich die Abtriebsscheibe 32 und die Druck
platte 35 relativ zueinander zu drehen beginnen, greifen die Nockenkugeln 37 an
den jeweiligen Nockenflächen an, um die Scheiben zu stützen, und drücken die
Abtriebsscheibe 32 in eine solche Richtung, daß sie sich von der Druckplatte 35
entfernt, nämlich in eine solche Richtung, daß der Rollkontakt mit den
Planetenkegeln 33 verstärkt wird.
Die Planetenkegel 33, die mit der Antriebsscheibe 31 und der Abtriebsscheibe 32
in Rollkontakt stehen, werden durch einen Träger 58 in Form eines kegelförmigen
Rings so gehalten, daß die Achsen der Planetenkegel 33 in die gleiche Richtung
geneigt sind, wobei die Antriebsscheibe 31 mit den Unterseiten der Planetenkegel
33 auf dem Innenumfang in Rollkontakt steht und die Abtriebsscheibe 32 mit den
Unterseiten der Planetenkegel 33 auf dem Außenumfang in Rollkontakt steht, so
daß sie sich integral mit der Transmissionswelle 2 drehen, die als Abtriebswelle
zur Hydraulikpumpe 1 dient, und die Kraftübertragung von der Antriebswelle 4
zur Transmissionswelle 2 über die Planetenkegel 33 durchgeführt wird.
Fig. 2 ist eine Zeichnung, die das Wirkungsprinzip des Drehzahländerungs
betriebs bei dem stufenlosen Getriebe 3 vom Ringkegeltyp zeigt. Falls die Posi
tion des Rollkontakts zwischen der Antriebsscheibe 31 und einem der Planeten
kegel 33 in einer Entfernung a von den Achsen der Antriebswelle 4 und der Trans
missionswelle 2 und in einer Entfernung b von der Mitte der Drehung des Plane
tenkegels 33 liegt, die Position des Rollkontakts zwischen dem Drehzahl
änderungsring 34 und dem Planetenkegel 33 in einer Entfernung c von der Mitte
der Drehung des Planetenkegels 33 und in einer Entfernung d von den Achsen der
Antriebswelle 4 und der Transmissionswelle 2 liegt und die Position des Roll
kontakts zwischen der Abtriebsscheibe 32 und dem Planetenkegel 33 in einer
Entfernung e von der Mitte der Drehung des Planetenkegels 33 und in einer
Entfernung f von den Achsen der Antriebswelle 4 und der Transmissionswelle 2
liegt, wie in der Zeichnung gezeigt, ist die Drehzahl N₂ der Transmissionswelle als
Abtriebswelle durch die folgende Gleichung gegeben, welche die Drehzahl N₁ der
Eingangswelle 4 enthält, unter der Bedingung, daß die Drehung des Drehzahl
änderungsrings 34 beschränkt ist:
Die Position des Rollkontakts des Drehzahländerungsrings 34 wird auf der Kegel
erzeugungslinie des Planetenkegels 33 geändert, und die Kegelerzeugungslinie ist
zu den Achsen der Antriebswelle 4 und der Transmissionswelle 2 parallel. Folglich
wird die Position des Rollkontakts des Drehzahländerungsrings 34 geändert,
während die Entfernung d von den Achsen der Antriebswelle 4 und der Trans
missionswelle 2 konstant gehalten wird, und es ändert sich nur die Entfernung c
von der Mitte der Drehung des Planetenkegels 33. Wie sich aus der Gleichung (1)
ergibt, wird unter der Bedingung, daß die Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 kon
stant ist, die Drehzahl N₂ der Transmissionswelle 2, nämlich das Untersetzungs
verhältnis der Kraftübertragung von der Antriebswelle 4 zur Transmissionswelle
2, größer, wenn die Entfernung c kleiner wird, und umgekehrt kleiner, wenn die
Entfernung c größer wird.
Ist zum Beispiel c=0, nämlich wenn die Position des Rollkontakts des Drehzahl
änderungsrings 34 an der Spitze des Planetenkegels 33 liegt, so kann Gleichung
(1) wie folgt vereinfacht werden:
N₂ = - (ae/bf) × N₁ (2)
Diese Gleichung enthält nur Werte, die die Rollkontaktbeziehung zwischen dem
Planetenkegel 33 und der Antriebsscheibe 31 oder der Abtriebsscheibe 32 darstel
len. In diesem Fall, nämlich wenn die Position des Rollkontakts des Drehzahlän
derungsrings 34 an der Spitze des Planetenkegels 33 liegt, wird das Untersetzungs
verhältnis der Kraftübertragung von der Antriebswelle 4 zur Transmissionswelle
2 maximal. Der Grund dafür, daß die Drehzahl N₂ einen negativen Wert annimmt,
ist der, daß die Drehrichtung der Transmissionswelle 2 derjenigen der Antriebs
welle 4 entgegengesetzt ist.
Wie sich aus der Gleichung (1) ergibt, nimmt andererseits die Drehzahl N₂ der
Transmissionswelle 2 den Minimalwert (=0) an, wenn die Entfernung c der
folgenden Gleichung genügt
c = ed/f (3)
Wie sich aus Fig. 1 ergibt, liegt die der Transmissionswelle 2 am nächsten kom
mende Position des Rollkontakts zwischen der Abtriebsscheibe 32 und dem Plane
tenkegel 33 in der Nähe des Umfangs des Planetenkegels 33, und die Entfernung
f von den Achsen der Antriebswelle 4 und der Transmissionswelle 2 ist im wesent
lichen gleich der Entfernung d der Position des Rollkontakts des Drehzahl
änderungsrings 34 von den Achsen der Antriebswelle 4 und der Transmissions
welle 2. Wenn daher die Position des Rollkontakts des Drehzahländerungsrings 34
so geändert wird, daß sie der Position des Rollkontakts der Abtriebsscheibe 32
entspricht, nämlich der Umgebung des Umfangs des Planetenkegels 33, wie in Fig.
2 durch eine gestrichelte Linie gezeigt, gilt die Beziehung c = e, so daß Gleichung
(3) angenähert erfüllt wird, und es kann ein Zustand erreicht werden, in dem die
Transmissionswelle 2 in ihrer Drehung stationär ist.
Wie oben beschrieben, nimmt die Drehzahl N₂ der Transmissionswelle 2 zu, wenn
sich die Position des Rollkontakts des Drehzahländerungsrings 34 der Spitze des
Planetenkegels 33 nähert, und nimmt ab, wenn sich die Position von der Spitze
entfernt. Das bedeutet, daß das Untersetzungsverhältnis (N₂/N₁) der Kraftüber
tragung von der Antriebswelle 4 zur Transmissionswelle 2 zunimmt, wenn sich der
Drehzahländerungsring 34 nach rechts bewegt, und abnimmt, wenn sich der Dreh
zahländerungsring 34 in Fig. 1 und Fig. 2 nach links bewegt, und beim Abnehmen
kann ferner eine stufenlose Drehzahlverringerung bis zu einem Untersetzungs
verhältnis Null herab erreicht werden.
Wie in Fig. 1 gezeigt, wird der Drehzahländerungsring 34 an einer Zwischen
position eines Haltezylinders 40, der eine zylindrische Form hat und beweglich in
das Transmissionsgehäuse 30 eingesetzt ist, auf eine solche Weise gehalten, daß
ein Wulst für den Rollkontakt mit den Planetenkegeln 33 nach innen vorsteht. Auf
der Innenwand des Transmissionsgehäuses 30 sind eine Vielzahl von Führungs
keilen 41 befestigt, die in der Umfangsrichtung in im wesentlichen gleichen
Abständen angeordnet sind. Auf dem Außenumfang des Haltezylinders 40 sind an
Positionen, die den Führungskeilen 41 entsprechen, über die gesamte axiale
Länge Führungsnuten gebildet. Der bewegliche Einbau des Haltezylinders 40 im
Transmissionsgehäuse 30 wird dadurch erreicht, daß ein Eingriff der Führungs
keile 41 in die entsprechenden Führungsnuten hergestellt wird. Das heißt, der
Haltezylinder 40 und der Drehzahländerungsring 34 werden durch die Führungs
keile 41 geführt und sind imstande, sich in der Axialrichtung zu bewegen, während
ihre Drehung durch das Transmissionsgehäuse 30 beschränkt wird.
Auf einer Seite des Haltezylinders 40, nämlich der Seite der Transmissionswelle
2, ist eine Schutzplatte 42 in Form einer Hohlscheibe montiert. Die Schutzplatte
42 hält eine Öldichtung, die an ihren Innenumfang eingebaut und befestigt ist, im
Gleitkontakt mit dem Außenumfang der Druckplatte 35, die am Ende der Trans
missionswelle 2 eingebaut ist, um dadurch beide Seiten der Gleitkontaktposition
flüssigkeitsdicht abzudichten und um den Mechanismus des stufenlosen Getriebes
3 von dem Verbindungsteil zur Hydraulikpumpe 1 abzuschirmen. Die Schutzplatte
42 hält außerdem eine Vielzahl von Spiralfedern 43 in gleichen Abständen in der
Umfangsrichtung auf einem bestimmten Umfang ihrer Rückseite fest (der End
fläche auf der Seite der Transmissionswelle 2). Diese Spiralfedern 43 stellen einen
federnden Kontakt mit der inneren Wandfläche des Transmissionsgehäuses 30 auf
seiner der Rückseite gegenüberliegenden Seite her, wodurch der Haltezylinder 40
in Richtung auf die Seite der Antriebswelle 4 gedrückt wird (d. h., in der Zeich
nung nach rechts).
Ferner ist am Umfang der Seite der Antriebswelle 4, welche die andere Seite des
Haltezylinders 40 ist, auf der Seite der Antriebswelle 4, wie in Fig. 1 gezeigt eine
Nockenfläche 44 gebildet, die kegelförmig ist, so daß sie sich in Richtung auf ihr
Ende kegelförmig erweitert. An die Antriebswelle 4 ist über Keilnuten ein Trag
element gekoppelt, das außen an die Antriebsscheibe 31 angrenzt. Wie in der
Zeichnung gezeigt, weist das Tragelement eine Vielzahl von Traghebeln 45 auf,
die so montiert sind, daß sie radial auf der Außenseite eines runden Vorsprungs
vorstehen, der äußerlich auf die Antriebswelle 4 gesteckt ist, wobei jeder
Traghebel 45 einen aus einer Vielzahl von beweglichen Körpern 46 trägt.
Der bewegliche Körper 46 ist eine Stahlkugel mit einem bestimmten Gewicht und
ist in der Radialrichtung des stufenlosen Getriebes 3 längs jedes Traghebels 45
beweglich gelagert, der durch die Achse des beweglichen Körpers 46 hindurch
geht. Da die Traghebel 45 so montiert sind, daß sie auf dem runden Vorsprung
vorstehen, der über Keilnuten an die Antriebswelle 4 gekoppelt ist, und sich
drehen, wenn sich die Antriebswelle 4 dreht, bewegt sich der durch den
entsprechenden Traghebel 45 gelagerte bewegliche Körper 46 unter der Wirkung
der Zentrifugalkraft entsprechend der Drehung der Antriebswelle 4 in der
Radialrichtung nach außen.
Ein Ende des Traghebels 45 liegt der Nockenfläche 44 gegenüber, die auf dem
Umfang des Haltezylinders 40 gebildet ist, wie in der Zeichnung gezeigt, während
der bewegliche Körper 46, der sich längs des Traghebels 45 bewegt, die Nocken
fläche 44 von innen her an einer Zwischenposition seiner Bewegungsbahn berührt
und danach unter der Wirkung der Zentrifugalkraft entsprechend der Drehung
der Antriebswelle 4 in der Radialrichtung nach außen gegen die Nockenfläche 44
drückt. Die Nockenfläche 44 hat die zuvor beschriebene Neigung, und der Halte
zylinder 40, der die Nockenfläche 44 aufweist, bewegt sich entsprechend der
Druckkraft des beweglichen Körpers 46 gegen die Nockenfläche 44 in Richtung
der Seite der Transmissionswelle 2 (d. h., in der Zeichnung nach links).
Wie oben beschrieben, werden der Haltezylinder 40 und der Drehzahländerungs
ring 34 durch die Radialbewegung des beweglichen Körpers 46 angetrieben und
bewegen sich gegen die Kraft der Spiralfedern 43 nach links, und daher halten sie
an einer Position an, an der die Druckkraft des beweglichen Körpers 46 und die
Federkraft der Spiralfedern 43 im Gleichgewicht sind. Da die Bewegung des
beweglichen Körpers 46 durch die Zentrifugalkraft in Verbindung mit der
Drehung der Antriebswelle 4 verursacht wird, verschiebt sich die Position des
Drehzahländerungsrings 34 in der Axialrichtung abhängig von der Änderung der
Drehzahl der Antriebswelle 4 nach rechts oder links. Da die Bewegung des
Drehzahländerungsrings 34 außerdem unter der Bedingung erfolgt, daß seine
Drehung durch die Führungskeile 41 beschränkt ist, nimmt das Untersetzungs
verhältnis der Kraftübertragung von der Antriebswelle 4 zur Transmissionswelle
2 zu, wenn die Drehzahl der Antriebswelle 4 zunimmt, und nimmt umgekehrt ab,
wenn die Drehzahl der Antriebswelle 4 zunimmt.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen die relativen Positionen der Bauteile, wenn das Unterset
zungsverhältnis den Maximalwert bzw. den Minimalwert annimmt. Das minimale
Untersetzungsverhältnis, das unter der in Fig. 4 gezeigten Bedingung erhalten
wird, nämlich wenn sich die Position des beweglichen Körpers 46 in der Radial
richtung ganz außen befindet, kann durch geeignetes Einstellen der Federkraft
der Spiralfedern 43 gegen die aus der Größe und dem Gewicht des beweglichen
Körpers 46 geschätzte Stärke der Zentrifugalkraft erhalten werden, einschließlich
des Falles, daß die Drehzahl der Transmissionswelle 2 Null ist (der in der Zeich
nung gezeigte Fall ist nicht derjenige für die Drehzahl Null).
Bei konstanter Kraft der Spiralfedern 43, die den Drehzahländerungsring 34
an treiben, um das Untersetzungsverhältnis zu vergrößern, nimmt außerdem die
Zentrifugalkraft des beweglichen Körpers 46, der den Drehzahländerungsring 34
an treibt, um das Untersetzungsverhältnis zu verringern, proportional zum
Quadrat der Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 zu. Fig. 5 ist ein Graph, der die
Beziehung zwischen der Antriebsdrehzahl N₁ der Antriebswelle 4 und der
Abtriebsdrehzahl N₂ der Transmissionswelle 2 als Abtriebswelle zeigt. Längs der
Ordinate ist die Abtriebdrehzahl N₂ der Transmissionswelle 2 und die von der
durch die Drehung der Transmissionswelle 2 angetriebenen Hydraulikpumpe 1
abgegebene Ölmenge aufgetragen, und längs der Abszisse ist die Antriebs
drehzahl N₁ aufgetragen. Wie der Graph zeigt, nimmt die Abtriebsdrehzahl N₂ in
einem Bereich niedriger Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 mit der Zunahme der
Drehzahl N₁ zu und nimmt umgekehrt in einem Bereich hoher Drehzahl N₁ mit der
Zunahme der Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 ab. Wie zuvor beschrieben, ist
diese Eigenschaft für die Hydraulikpumpe 1 für eine Servolenkung günstig.
Fig. 6 ist eine vergrößerte Skizze, die den Aufspannzustand einer der Spiralfedern
43 auf der Schutzplatte 42 auf einer Seite des Haltezylinders 40 zeigt. Auf der
Rückseite der Schutzplatte 42 ist ein Anschlagstab 47 montiert, der in Richtung
auf die gegenüberliegende Seite des Transmissionsgehäuses 30 vorsteht, und die
Spiralfeder 43 wird dadurch festgehalten, daß ihr Fußende auf den Anschlagstab
47 gesteckt ist. Der Anschlagstab 47 berührt entsprechend der Kontraktion der
Spiralfeder 43 auf Grund der Bewegung des Haltezylinders 40 die innere Wand
fläche des Transmissionsgehäuses 30, wodurch die Weiterbewegung des Halte
zylinders 40 beschränkt wird. Daher kann der Bewegungsbereich des Drehzahl
änderungsrings 34 in Richtung einer Verringerung des Untersetzungsverhältnisses
begrenztwerden, indem die Länge, um die der Anschlagstab 47 vorsteht, geeignet
eingestellt wird, was es möglich macht, die Drehzahl N₂ von einer geeigneten
Stelle im abnehmenden Bereich der Drehzahl N₂ aus zu vergrößern, wie in Fig. 5
durch eine gestrichelte Linie gezeigt. Dies führt zu einer größeren Freiheit bei der
Wahl der Eigenschaften.
Die Spiralfedern 43, die den Drehzahländerungsring 43 über den Haltezylinder 40
an treiben, die Drehzahl zu vergrößern (d. h., in der Zeichnung nach rechts),
können jeweils verschiedene Längen aufweisen, wie in Fig. 7 gezeigt. Fig. 7 zeigt
eine Hälfte der Schutzplatte 42, die acht Spiralfedern 43 festhält, die in der
Umfangsrichtung angeordnet sind, und unter den in der Zeichnung gezeigten fünf
Spiralfedern 43 weisen zwei Spiralfedern 43 an den in der Umfangsrichtung
einander gegenüberliegenden Positionen eine solche Eigenlänge x auf, daß sie
immer mit der Wand des Transmissionsgehäuses 30 in Federkontakt stehen
können, während unter den anderen sechs (von denen in der Zeichnung drei
gezeigt sind) vier (von denen in der Zeichnung zwei gezeigt sind) eine Eigenlänge
y aufweisen, die kürzer als die Länge x ist, und die beiden übrigen (von denen in
der Zeichnung eine gezeigt ist) eine noch kürzere Eigenlänge z aufweisen.
Bewegt sich bei diesem Aufbau der Drehzahländerungsring 34, um die Drehzahl
als Antwort auf eine Drehzahlerhöhung der Antriebswelle 4 zu verringern, so
erhöht sich die Federkraft der Spiralfedern 43, die der Bewegung Widerstand
entgegen setzen, stufenweise entsprechend der Bewegungsstrecke. Folglich wird
es ermöglicht, die Eigenschaften der Änderung der Drehzahl N₂ der Trans
missionswelle 2 und der von der Hydraulikpumpe 1 abgegebenen Ölmenge
entsprechend der Änderung der Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 mit größerer
Freiheit zu wählen.
Nachstehend wird nun die zweite Ausführungsform der Erfindung im Detail unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die diese zeigen.
Fig. 8 ist eine Längsschnittansicht, die eine Anwendung eines stufenlosen Getrie
bes gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung im Kraftübertragungssystem
einer Hydraulikpumpe zur Versorgung einer Servolenkung mit Hydrauliköl
zeigt. Teile, die denen des stufenlosen Getriebes gemäß der ersten Ausführungs
form ähnlich sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht
noch einmal beschrieben, und die Teile, die sich von den in der ersten Ausfüh
rungsform verwendeten Teilen unterscheiden, werden nachstehend beschrieben.
In der Zeichnung weist das Pumpengehäuse 14 eine zylindrische Verbindungs
stütze 18 auf, die koaxial auf der entgegengesetzten Seite eines durch die
Endplatte 13 verschlossenen Teils vorstehend montiert ist, und das stufenlose
Getriebe 3 der Erfindung ist innerhalb des Transmissionsgehäuses 30 aufgebaut,
das koaxial an einer Seite der Verbindungsstütze 18 angebaut ist.
Ein Ende der Antriebswelle 4 stößt stumpf an das Ende der Transmissionswelle 2,
das in das Transmissionsgehäuse 30 hinein vorsteht, und die Abtriebsscheibe 32 ist
über ein Nadellager auf das Ende der Transmissionswelle 2 gesteckt, so daß es frei
und koaxial drehbar gelagert ist. An den vorspringenden Teil der Transmissions
welle 2 ist mittels Keilnuten die Druckplatte 35 in Form einer dicken Scheibe
gekoppelt, und die Druckplatte 35 ist so ausgebildet, daß sie der Rückseite der
Abtriebsscheibe 32 gegenüberliegt, nämlich ihrer anderen Seite als der, die mit
den Planetenkegeln 33 in Rollkontakt steht.
Der Drehzahländerungsring 34 wird integral an einem Zwischenteil eines zylin
drischen Nockenkörpers 50 festgehalten, der beweglich in das Transmissions
gehäuse 30 eingesetzt ist, so daß sein Wulst, der mit den Planetenkegeln 33 in
Rollkontakt steht, nach innen vorsteht. Auf dem Innenumfang des Transmissions
gehäuses 30, der dem Außenumfang des Nockenkörpers 50 gegenüberliegt, sind
eine Vielzahl der Führungskeile 41 in wesentlichen gleichen Abständen in der
Umfangsrichtung befestigt, und an den den Führungskeilen 41 entsprechenden
Positionen sind eine Vielzahl von entsprechenden Führungsnuten 52 gebildet, so
daß der Nockenkörper 50 beweglich in das Transmissionsgehäuse 30 eingesetzt
werden kann, indem die Führungsnuten 52 mit den entsprechenden Führungs
keilen 41 in Eingriff gebrachtwerden. Somit wird die Drehung des Nockenkörpers
50 und des Drehzahländerungsrings 34 durch das Transmissionsgehäuse 30
beschränkt und werden diese durch die Führungskeile 41 geführt, und daher
können sie sich in der Axialrichtung nur innerhalb des Bereichs bewegen, in dem
die Führungsnuten 52 gebildet sind.
Eine Seitenfläche des Nockenkörpers 50 liegt der äußeren Wandfläche des Pum
pengehäuses 14 gegenüber, und zwischen diese einander gegenüberliegenden
Flächen sind eine Vielzahl der Spiralfedern 43 in gleichen Abständen in der
Umfangsrichtung gesetzt. Diese Spiralfedern 43 drücken den Nockenkörper 50 in
Richtung auf die Antriebswelle 4 (d. h., in der Zeichnung nach rechts) und zwingen
jede der Führungsnuten 52 in den Zustand, daß ihre andere Seite das Ende des
entsprechenden Führungskeils 41 berührt, wie in der Zeichnung gezeigt.
Andererseits ist auf der anderen Seite (auf der Seite der Antriebswelle 4) des
Nockenkörpers 50 eine Nockenfläche 54 gebildet. Die in der Zeichnung gezeigte
Nockenwelle 54 ist so aufgebaut, daß der Neigungswinkel in bezug auf die Achse
in einem Querschnitt, der die Achse der Antriebswelle 4 (und der Transmissions
welle 2) enthält, in Richtung auf die Außenseite in der Radialrichtung des
Nockenkörpers 50 kontinuierlich kleiner wird. Eine solche Nockenfläche 54 kann
als Bogen, dessen Mittelpunkt auf der Achse liegt, als Vereinigung von Bögen
oder als Teil einer Parabel gebildet sein, deren Scheitelpunkt im oben beschrie
benen Querschnitt auf der Achse liegt.
Andererseits weist die Antriebswelle 4 eine Vielzahl der Traghebel 45 auf, die so
montiert sind, daß sie von dem runden Vorsprung aus, der angrenzend an die
Antriebsscheibe 31 mittels Keilnuten an die Antriebswelle 4 gekoppelt ist, radial
nach außen vorstehen, und durch die entsprechenden Traghebel 45 werden
bewegliche Körper 56 gelagert.
Der bewegliche Körper 56 ist eine Stahlkugel mit einem bestimmten Gewicht und
ist ohne Widerstand um die Achse des Traghebels 45 herum drehbar und in der
Radialrichtung beweglich gelagert, indem ein Einbauloch, das durch die Achse
des beweglichen Körpers 56 hindurch verläuft, über ein Nadellager 55 auf den
entsprechenden Traghebel 45 gesteckt ist, wie in der Zeichnung gezeigt. Da die
Traghebel 45 so montiert sind, daß sie von dem runden Vorsprung vorstehen, der
mittels Keilnuten an die Antriebswelle 4 gekoppelt ist, und sich zusammen mit der
Antriebswelle 4 drehen, wie zuvor beschrieben, bewegt sich der durch den
entsprechenden Traghebel 45 gelagerte bewegliche Körper 56 unter der Wirkung
der Zentrifugalkraft in der Radialrichtung der Antriebswelle 4 nach außen, wenn
sich die Antriebswelle 4 dreht.
Die Enden jedes Traghebels 45 liegen der Nockenfläche 54 gegenüber, die auf der
Endfläche des Nockenkörpers 50 gebildet ist, während sich die beweglichen
Körper 56 unter der Wirkung der Zentrifugalkraft längs der jeweiligen Traghebel
45 bewegen und an einer Zwischenstelle der Bewegungsbahn von innen her mit der
Nockenfläche 54 in Kontakt gebracht werden. Bevor ein solcher Kontakt herge
stellt wird, wird der Nockenkörper 50 in einen solchen Zustand gezwungen, daß
die Endflächen der Führungsnuten 52, die auf seinem Außenumfang gebildet sind,
gegen die Führungskeile 41 gedrückt werden und der vom Nockenkörper 50
integral gehaltene Drehzahländerungsring 34 die der Spitze der Planetenkegel 33
am nächsten liegende Position des Rollkontakts auf deren Kegelerzeugungslinien
beibehält, wie in Fig. 1 gezeigt, was zum maximalen Untersetzungsverhältnis führt,
so daß die Hydraulikpumpe 1 mit einer Drehzahl nahe der Drehzahl N₁ der
Antriebswelle 4 angetrieben wird.
Nachdem die beweglichen Körper 56 mit der Nockenfläche 54 in Kontakt gebracht
worden sind, wird andererseits die Zentrifugalkraft, die auf die beweglichen
Körper 56 wirkt, in der Radialrichtung nach außen auf die Nockenfläche 54
ausgeübt. Die Nockenfläche 54 ist in bezug auf die Linie der Wirkung der Zentri
fugalkraft geneigt, wobei eine Komponente der Zentrifugalkraft des beweglichen
Körpers 56 auf die Nockenfläche 54 wirkt, so daß sich der Nockenkörper 50 durch
die Wirkung der Kraftkomponente entgegen der Kraft der Spiralfedern 43 in der
Axialrichtung bewegt und an einer Position anhält, an der die Kraftkomponente
und die Kraft der Spiralfedern 34 im Gleichgewicht sind. Während sich in diesem
Moment die beweglichen Körper 56 drehen, wenn sich die Antriebswelle 4 dreht,
und die Nockenfläche 54 sich nicht dreht, da die Drehung durch den Nocken
körper 50 beschränkt wird, sind die beweglichen Körper 56 über die Nadellager 55
durch die jeweiligen Traghebel 45, 45, . . . gelagert, so daß sie sich ohne Widerstand
drehen können, wenn der Rollkontakt mit der Nockenfläche 54 hergestellt wird,
wodurch bewirkt wird, daß die Bewegung der beweglichen Körper 56, 56, . . . unter
der Wirkung der Zentrifugalkraft leichtgängig durchgeführt wird.
Wie oben beschrieben, wird die Bewegung der beweglichen Körper 56 durch die
Wirkung der Zentrifugalkraft in Verbindung mit der Drehung der Antriebswelle
4 bewirkt, und diese Bewegung geht mit der Verschiebung des Nockenkörpers 50
und des integral damit verbundenen Drehzahländerungsrings 34 in der Axial
richtung einher. Diese Verschiebung erfolgt in einer solchen Richtung, daß die
Position des Rollkontakts des Drehzahländerungsrings 34 von den Spitzen der
Planetenkegel 33 wegbewegt wird, also in einer solchen Richtung, daß das Unter
setzungsverhältnis der Kraftübertragung von der Antriebswelle 4 zur Transmis
sionswelle 2 abnimmt. Außerdem nimmt das Untersetzungsverhältnis zu, wenn die
Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 abnimmt, und umgekehrt ab, wenn die Drehzahl
N₁ der Antriebswelle 4 zunimmt.
Fig. 9 ist eine vergrößerte Skizze der Umgebung der Berührungsposition des
beweglichen Körpers 56 und der Nockenfläche 54. Der Mechanismus zur Erzeu
gung der Kraftkomponente in der Axialrichtung der Nockenfläche 54 wird nach
stehend unter Bezugnahme auf diese Zeichnung beschrieben. Die Zentrifugal
kraft F, die auf den beweglichen Körper 56 wirkt, wird an der Berührungsstelle mit
der Nockenfläche 54 in eine Komponente F₁, die längs der Nockenfläche 54
gerichtet ist, und eine Komponente F₂ zerlegt, die rechtwinklig zur Nockenfläche
54 gerichtet ist, und die Nockenfläche 54 wird durch eine Horizontalkomponente
F₃ der Komponente F₂ in der Axialrichtung angetrieben.
Die Horizontalkomponente F₃ kann aus der nachstehenden Gleichung erhalten
werden, die einen Neigungswinkel O der Nockenfläche 54 in bezug auf die
Horizontalrichtung (der Axialrichtung der Antriebswelle 4 und der Transmissions
welle 2) an der Berührungsstelle mit dem beweglichen Körper 56 enthält:
F₃ = F · sin θ · cos θ (4)
Wie sich aus Gleichung (4) ergibt, nimmt die Horizontalkomponente F₃ unter der
Wirkung einer konstanten Zentrifugalkraft F einen Maximalwert an, wenn der
Neigungswinkel θ 45° ist, und bleibt im wesentlichen konstant, wenn der Nei
gungswinkel innerhalb eines bestimmten Bereichs um den Wert 45° herum bleibt.
Außerhalb dieses Bereichs nimmt die Horizontalkomponente F₃ schnell ab, wenn
der Neigungswinkel θ kleiner wird (oder größer wird). In der Erfindung hat der
Neigungswinkel θ der Nockenfläche 54 in bezug auf die Achse eine solche Vertei
lung, daß er in der Radialrichtung kontinuierlich von der Innenseite zur Außensei
te des Nockenkörpers 50 kleiner wird, wie zuvor beschrieben, und die Änderungs
geschwindigkeit der Horizontalkomponente F₃, die auf die Nockenfläche 54 wirkt,
nimmt schnell ab, wenn sich die Berührungsstelle des beweglichen Körpers 56 in
Richtung auf die Außendurchmesserseite der Nockenfläche 54 bewegt, falls der
Neigungswinkel θ auf der Außenseite genügend klein eingestellt ist.
Die Zentrifugalkraft F ändert sich proportional zum Quadrat der Drehzahl N₁ der
Antriebswelle 4 und nimmt schnell zu, wenn sich die Berührungsstelle des beweg
lichen Körpers 56 in Richtung auf die Außendurchmesserseite der Nockenfläche
54 bewegt. Daher kann die durch Gleichung (4) gelieferte Horizontalkraft F₃ über
dem gesamten Bewegungsbereich des beweglichen Körpers 56 entsprechend der
Wahl des Neigungswinkels θ der Nockenfläche 54 geeignet eingestellt werden.
Da die Nockenfläche 54 den Neigungswinkel θ aufweist, wie zuvor beschrieben,
nimmt die Strecke der durch die Wirkung der Horizontalkomponente Fs wie oben
beschrieben verursachten Bewegung des Nockenkörpers 50 zu, wenn sich die
Position des beweglichen Körpers 56 in Richtung auf die Außendurchmesserseite
bewegt. Daher nimmt die Änderungsgeschwindigkeit der Strecke der durch den
gegen die Nockenfläche 54 drückenden beweglichen Körper 56 verursachten
Bewegung des Nockenkörpers 50 und des integral damit verbundenen Drehzahl
änderungsrings 34 zu, wenn die Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 zunimmt.
In dem oben beschriebenen Ablauf wird die Kraftübertragung von der Antriebs
welle 4 zur Transmissionswelle 2 wie folgt durchgeführt: Zuerst bewirkt die Dre
hung der Antriebswelle 4, daß sich die beweglichen Körper 56 zu bewegen
beginnen, und bis die beweglichen Körper 56 mit der Nockenfläche 54 in Kontakt
kommen und nach dem Kontakt, bis die Komponente F₃ in der Axialrichtung, die
auf die Nockenfläche 54 wirkt, die Federkraft der Spiralfedern 43 übersteigt, wird
das maximale Untersetzungsverhältnis beibehalten, wie zuvor beschrieben.
Danach wird die Kraftübertragung durchgeführt, während das Untersetzungs
verhältnis verringert wird, wenn die Antriebsdrehzahl N₁ zunimmt, und die
Geschwindigkeit der Verringerung des Untersetzungsverhältnisses zunimmt, wenn
die Antriebsdrehzahl N₁ zunimmt.
Obwohl die Drehzahl N₂ der Transmissionswelle 2, welche die Abtriebswelle ist,
zunimmt, wenn die Drehzahl N₁ zunimmt, falls die Drehzahl N₁ der Antriebswelle
4 niedrig ist, nimmt folglich die Geschwindigkeit der Zunahme kontinuierlich ab,
nachdem die Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 einen bestimmten Wert erreicht
hat. Ist die Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 hoch, so nimmt die Abtriebsdrehzahl
N₂ ab, wenn die Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 zunimmt. Wie oben beschrieben
und in Fig. 5 gezeigt, nimmt die von der Hydraulikpumpe 1, die durch die Drehung
der Transmissionswelle 2 angetrieben wird, abgegebene Ölmenge zu, wenn die
Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 zunimmt, falls die Drehzahl N₁ der Antriebswelle
4 niedrig ist, und nimmt umgekehrt ab, wenn die Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4
zunimmt, falls die Drehzahl N₁ der Antriebswelle 4 hoch ist. Wie oben beschrie
ben, ist eine solche Eigenschaft für die in einer Servolenkung verwendete Hydrau
likpumpe 1 günstig. Wie im Falle der ersten Ausführungsform kann außerdem der
Bewegungsbereich des Drehzahländerungsrings 34 mit Hilfe der Spiralfedern 43
beschränkt werden, so daß die Freiheit bei der Eigenschaftswahl vergrößert wird.
Während bei der ersten Ausführungsform die Möglichkeit besteht, daß auf den
beweglichen Körper 46 und den Traghebel 45 eine Überlast wirkt, da die
beweglichen Körper 46 in diesem Fall immer mit der Nockenfläche 44 in Kontakt
stehen, sind der bewegliche Körper 56 und die Nockenfläche 54 in der zweiten
Ausführungsform normalerweise nicht miteinander in Kontakt und werden
miteinander in Kontakt gebracht, wenn die Drehzahl der Antriebswelle 4
zunimmt, so daß der bewegliche Körper 56 keine Überlast aufnimmt. Während der
Drehzahländerungsring 34 in der ersten Ausführungsform dem beweglichen
Körper 56 die Bewegungskraft mit Hilfe der Spiralfedern 43 mitteilt und daher die
Anfangsposition des Drehzahländerungsrings 34 durch die Maßgenauigkeit vieler
Teile beeinflußt wird, wie des Traghebels 45, des beweglichen Körpers 56 und der
Antriebswelle 4, wird ferner in der zweiten Ausführungsform die Bewegungskraft
auf das Transmissionsgehäuse 30 ausgeübt, so daß die Positionierungsgenauigkeit
der Anfangsposition des Drehzahländerungsring 34 hoch ist.
Ferner kann sich der bewegliche Körper 56 in der zweiten Ausführungsform
leichtgängig drehen, da der bewegliche Körper 56 mittels des Nadellagers 55
aufgesteckt ist.
Die Nockenfläche 54 in der zweiten Ausführungsform kann die Gestalt aufweisen,
daß der Neigungswinkel in bezug auf die Achsen von der Innendurchmesserseite
aus in Richtung auf die Außendurchmesserseite des Nockenkörpers 50 zunimmt,
und außerdem kann diese Änderung des Neigungswinkels unstetig sein. Durch
unstetige Änderungen des Neigungswinkels kann der Anwendungsbereich des
vorliegenden Getriebes erweitert werden.
Zwar sind in den obigen Ausführungsformen Anwendungen der Hydraulikpumpe
1 zur Versorgung einer Servolenkung mit Hydrauliköl beschrieben worden; die
Anwendungen der Erfindung sind aber nicht darauf beschränkt. Ferner wurden in
den obigen Ausführungsformen zwar Anwendungen des stufenlosen Getriebes 3
zur Drehzahlverringerung beschrieben; das stufenlose Getriebe 3 kann aber auch
zur Drehzahlerhöhung verwendet werden, und es ist unnötig zu sagen, daß die
Erfindung ähnliche Wirkungen hat, wenn sie auf ein Getriebe zur Drehzahl
erhöhung angewandt wird.
Wie oben im Detail beschrieben, wird bei dem stufenlosen Getriebe der Erfindung
die Bewegung des beweglichen Körpers in der Radialrichtung, die durch die
Wirkung der durch die Drehung der Antriebswelle erzeugten Zentrifugalkraft
verursacht wird, in eine Bewegung in Axialrichtung des Drehzahländerungsrings
des stufenlosen Getriebes vom Ringkegeltyp umgewandelt, um dadurch die
Drehzahlverringerung durchzuführen. Daher kann die stufenlose Drehzahl
verringerung entsprechend der Änderung der Antriebsdrehzahl mit einem
einfachen Aufbau sicher durchgeführt werden, und gleichzeitig ist es möglich, die
Abtriebsdrehzahl zu verringern, wenn die Antriebsdrehzahl zunimmt. Da die
Nockenfläche zur Umwandlung der Bewegung des beweglichen Körpers in die
Bewegung des Drehzahländerungsrings in der Axialrichtung an verschiedenen
Positionen in der Radialrichtung, die die Bewegungsrichtung des beweglichen
Körpers ist, verschiedene Neigungswinkel in bezug auf die Achse aufweist, kann
außerdem ein Modus zur Vergrößerung der Abtriebsdrehzahl entsprechend der
Zunahme der Antriebsdrehzahl geeignet eingestellt werden.
Falls der Neigungswinkel so eingestellt wird, daß er von der Innendurchmesser
seite aus in Richtung auf die Außendurchmesserseite der Nockenfläche kleiner
wird, ist ferner die Änderung des Untersetzungsverhältnisses für eine gegebene
Bewegung des beweglichen Körpers im Bereich niedriger Drehzahl, in dem die
Antriebsdrehzahl niedrig ist, klein, und die Änderung des Untersetzungsverhält
nisses für eine gegebene Bewegung des beweglichen Körpers wird im Bereich
hoher Drehzahl größer. Die Eigenschaft, daß sich die Abtriebsdrehzahl umge
kehrt zur Änderung der Antriebsdrehzahl ändert, wie sie von Hilfsmaschinen für
motorgetriebene Fahrzeuge benötigt wird, etwa einer Hydraulikpumpe zur Ver
sorgung einer Servolenkung mit Hydrauliköl, kann somit leicht erzielt werden.
Daher hat die Erfindung hervorragende Wirkungen, wie die Möglichkeit, die
Antriebseigenschaften von Hilfsmaschinen für Kraftfahrzeuge frei einzustellen.
Da die Erfindung in mehreren Formen ausgeführt werden kann, ohne ihre wesent
lichen Eigenschaften zu verlieren, sind die vorliegenden Ausführungsformen also
nur erläuternd und nicht beschränkend, da der Rahmen der Erfindung durch die
beigefügten Ansprüche und nicht durch die vorangegangene Beschreibung
bestimmt wird, und alle Änderungen, die in den Bereich oder die Grenzen der
Ansprüche fallen, oder Äquivalente dieser Bereiche und Grenzen sollen daher von
den Ansprüchen mit umfaßt sein.
Claims (5)
1. Stufenloses Getriebe mit
einer Antriebswelle (4) und einer Abtriebswelle (2), die koaxial gelagert sind;
einer Antriebsscheibe (3) und einer Abtriebsscheibe (32), die an einander gegenüberliegenden Enden der Antriebswelle (4) bzw. der Abtriebswelle (2) befestigt sind;
einer Vielzahl von Planetenkegeln (33), die in der Umfangsrichtung der Antriebsscheibe (31) und der Abtriebsscheibe (32) angeordnet sind und die mit den Außenumfängen der Antriebsscheibe (31) und der Abtriebsscheibe (32) in Rollkontakt stehen;
einem in seiner Axialrichtung beweglichen Drehzahländerungsring (34), der im wesentlichen konzentrisch mit den Achsen der Antriebswelle (4) und der Abtriebswelle (2) angeordnet ist und der auf den Kegelerzeugungslinien der Planetenkegel (33), die im wesentlichen parallel zu den Achsen sind, mit allen Planetenkegeln (33) in Rollkontakt steht,
einer Vielzahl von beweglichen Körpern (46), die sich unter der Wirkung der Zentrifugalkraft auf Grund einer Drehung der Antriebswelle (4) in der Radial richtung der Antriebswelle (4) bewegen; und
einer mit den beweglichen Körpern (46) in Kontakt stehenden Bewegungs umwandlungseinrichtung zur Umwandlung der Bewegung der beweglichen Körper (46) in die Bewegung des Drehzahländerungsrings (34),
dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Vielzahl von Tragwellen (45) radial zur Antriebswelle (4) erstrecken und daß die beweglichen Körper (46) auf entsprechenden Tragwellen verschieblich angeordnet sind.
einer Antriebswelle (4) und einer Abtriebswelle (2), die koaxial gelagert sind;
einer Antriebsscheibe (3) und einer Abtriebsscheibe (32), die an einander gegenüberliegenden Enden der Antriebswelle (4) bzw. der Abtriebswelle (2) befestigt sind;
einer Vielzahl von Planetenkegeln (33), die in der Umfangsrichtung der Antriebsscheibe (31) und der Abtriebsscheibe (32) angeordnet sind und die mit den Außenumfängen der Antriebsscheibe (31) und der Abtriebsscheibe (32) in Rollkontakt stehen;
einem in seiner Axialrichtung beweglichen Drehzahländerungsring (34), der im wesentlichen konzentrisch mit den Achsen der Antriebswelle (4) und der Abtriebswelle (2) angeordnet ist und der auf den Kegelerzeugungslinien der Planetenkegel (33), die im wesentlichen parallel zu den Achsen sind, mit allen Planetenkegeln (33) in Rollkontakt steht,
einer Vielzahl von beweglichen Körpern (46), die sich unter der Wirkung der Zentrifugalkraft auf Grund einer Drehung der Antriebswelle (4) in der Radial richtung der Antriebswelle (4) bewegen; und
einer mit den beweglichen Körpern (46) in Kontakt stehenden Bewegungs umwandlungseinrichtung zur Umwandlung der Bewegung der beweglichen Körper (46) in die Bewegung des Drehzahländerungsrings (34),
dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Vielzahl von Tragwellen (45) radial zur Antriebswelle (4) erstrecken und daß die beweglichen Körper (46) auf entsprechenden Tragwellen verschieblich angeordnet sind.
2. Stufenloses Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Bewegungsumwandlungseinrichtung einen Körper (50) zur Bewegung des Dreh
zahländerungsrings (34) in Richtung einer Drehzahlverringerung enthält; und
der Körper (50) eine Nockenfläche (54) aufweist, die so angeordnet ist
daß sie dem Bewegungsbereich der beweglichen Körper (46) gegenüberliegt, und die
in bezug auf die Achse Neigungswinkel aufweist, die in einem Schnitt, der die Achse
enthält, in der Radialrichtung verschieden sind.
3. Stufenloses Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Neigungswinkel der Nockenfläche (54) in bezug auf die Achse in Richtung auf
einen Außenumfang der Antriebswelle (4) kleiner werden.
4. Stufenloses Getriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Tragwellen (45) die beweglichen Körper (46) über Lager
(55) tragen.
5. Stufenloses Getriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bewegungsstrecke der Bewegungsumwandlungseinrichtung
in der Axialrichtung durch ein Gehäuse (18) beschränkt ist.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27994793A JP3525193B2 (ja) | 1993-11-09 | 1993-11-09 | 無段変速装置 |
JP6197062A JP3008066B2 (ja) | 1994-08-22 | 1994-08-22 | 無段変速装置 |
Publications (2)
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