DE69609450T2

DE69609450T2 - Stufenloses Toroidgetriebe für vierradgetriebene Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE69609450T2
Application number: DE69609450T
Authority: DE
Inventors: Eiji Inoue; Hirohisa Tanaka
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1995-05-18
Filing date: 1996-05-13
Publication date: 2001-03-29
Anticipated expiration: 2016-05-14
Also published as: JPH08312745A; EP0743218A3; EP0743218A2; JP3391150B2; EP0743218B1; DE69609450D1; US5683324A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein stufenloses Toroidgetriebe, in welchem zwei Sätze von Drehzahländerungs-Toroideinheiten einander gegenüber auf der gleichen Welle angebracht sind, und insbesondere auf ein stufenloses Toroidgetriebe für Kraftfahrzeuge mit Vierradantrieb, bei welchen der Antrieb auf die Vorder- und Hinterräder unabhängig von einem Paar von Ausgangsscheiben übertragen wird.
Ein Beispiel des stufenlosen Toroidgetriebes, das auf Kraftfahrzeuge mit Vierradantrieb angewendet werden kann, ist in Fig. 3 dargestellt (siehe z. B. Japanische Patentanmeldungs- Offenlegungsschrift Nr. 157151/1993). Dieses stufenlose Toroidgetriebe hat zwei Drehzahländerungs-Toroideinheiten 1, 2, die einander gegenüber auf einer Eingangswelle 11 angeordnet sind, und wird stufenloses Toroidgetriebe mit Doppelhohlraum (double cavity type) genannt. Die Drehzahländerungs-Toroideinheit 1 (erste Drezahländerungs-Toroideinheit) weist auf: eine Eingangsscheibe 3, eine Ausgangsscheibe 4, die gegenüber der Eingangsscheibe 3 angeordnet ist, und kippbare Antriebs- oder Leistungsrollen 5, welche Drehmoment von der Eingangsscheibe 3 auf die Ausgangsscheibe 4 übertragen. In gleicher Weise weist die Drehzahländerungs-Toroideinheit 2 (zweite Drehzahländerungs-Toroideinheit) auf: eine Eingangsscheibe 6, eine Ausgangsscheibe 7 und kippbare Leistungsrollen 8, welche Drehmoment von der Eingangsscheibe 6 auf die Ausgangsscheibe 7 übertragen.
Die Drehzahländerungs-Toroideinheit 1 und die Drehzahländerungs-Toroideinheit 2 haben die gleichen Größe und den gleichen Aufbau. Es werde beispielsweise die Drehzahländerungs- Toroideinheit 1 für eine ausführliche Erläuterung hergenommen. Die Leistungsrollen 5 sind zwischen der Eingangsscheibe 3 und der Ausgangsscheibe 4 angeordnet und stehen in Reibungseingriff mit den Toroidflächen dieser Scheiben 3, 4. Die Leistungsrollen 5 können sich um ihre eigenen Achsen 9 drehen und um Kippachsen 10 senkrecht zu den Drehachsen 9 verkippen. Die Leistungsrollen 5 werden um die Kippachsen 10, die senkrecht zu den Drehachsen 9 stehen, in bestimmte Stellungen entsprechend einem Übertragungsverhältnis durch Betätigungsorgane gekippt. Der Aufbau der Drehzahländerungs-Toroideinheit 2 ist gleich derjenigen der Drehzahländerungs-Toroideinheit 1.
Dieses stufenlose Toroidgetriebe weist eine Druckvorrichtung 12 mit Belastungsnocken auf, welche zwischen der Eingangswelle 11 und der Eingangsscheibe 3 angeordnet ist, sowie eine gleiche Druckvorrichtung 13 zwischen der Eingangswelle 11 und der Eingangsscheibe 6. Die Druckvorrichtung 12 preßt die Eingangsscheibe 3 der Drehzahländerungs-Toroideinheit 1 elastisch gegen die Ausgangsscheibe 4, und die Druckvorrichtung 13 preßt die Eingangsscheibe 6 der Drehzahländerungs- Toroideinheit 2 elastisch gegen die Ausgangsscheibe 7. Die Druckvorrichtungen 12, 13 enthalten Nockenplatten 14, 15, die an der Eingangswelle 11 befestigt sind, sowie eine Anzahl von Belastungsnocken 16, 17, die zwischen den Nockenflächen der Nockenplatten 14, 15 und den Nockenflächen der Eingangsscheiben 3,6 angeordnet sind. Wenn sich die Eingangswelle 11 und daher die Nockenplatten 14, 15 drehen, wirken die Nockenflächen der Nockenplatten 14, 15 auf die Belastungsnocken 16, 17 und pressen dieselben gegen die Nockenflächen der Eingangsscheiben 3,6. Dabei stehen die Belastungsnocken 16, 17 mit den Nockenplatten 14, 15 und den Eingangsscheiben 3,6 in Eingriff, was eine Drehung der Eingangsscheiben 3,6 mit der Eingangswelle 11 veranlaßt.
Wenn bei diesem stufenlosen Toroidgetriebe der Kippwinkel jeder der Leistungsrollen 5,8 geändert wird, ändern sich die Reibungseingriffspunkte der Leistungsrollen 5,8 an den Eingangsscheiben 3,6 und den Ausgangsscheiben 4,7, wodurch ein stufenloser Drehzahlwechsel erfolgt. Das von den Eingangsscheiben 3,6 auf die Ausgangsscheiben 4,7 über die Leistungsrollen 5,8 übertragene Drehmoment wird durch die Scherkraft von unter hohem Druck stehendem Öl, d. h. die Zugkraft (viskose Reibungskraft) übertragen. Um eine gewünschte Zugkraft zu erhalten, ist eine sehr große Druckkraft an den Kontaktpunkten zwischen den Leistungsrollen 5,8 und den beiden Scheiben 3, 4 und 6, 7 erforderlich. Diese Druckkraft wird durch Pressen der Eingangsscheiben 3,6 gegen die Ausgangsscheiben 4,7 durch die Belastungsnocken 16, 17 erzeugt.
Ein Paar von Hohlwellen 18,21 sind auf den Zwischenabschnitt der Eingangswelle 11 aufgeschoben und werden an ihren inneren Enden durch Lager 20,23 so gehalten, daß sie um die Eingangswelle 11 drehbar sind. Die Hohlwellen 18,21 sind mit ihren äußeren Enden an den Ausgangsscheiben 4,7 starr befestigt. An den Hohlwellen 18,21 sind an ihren Zwischenabschnitten Ausgangszahnräder 19,22 befestigt, die mit angetriebenen Zahnrädern 40,41 in Eingriff stehen, welche an einem Paar von Ausgangswellen 42, 43 befestigt sind. Von den beiden Ausgangswellen 42, 43 wird eine 42 zum Antreiben der Vorderräder und die andere 43 für die Hinterräder verwendet.
Bei diesem stufenlosen Toroidgetriebe wird das Drehmoment der Eingangswelle 11 von den Eingangsscheiben 3,6 zu den Ausgangsscheiben 4,7 über die Leistungsrollen 5,8 in jeder Drehzahländerungs-Toroideinheit 1, 2 übertragen, von welchen das Drehmoment weiter auf die Ausgangszahnräder 19,22, die antriebsmäßig mit den Ausgangsscheiben 4,7 verbunden sind, die angetriebenen Zahnräder 40,41, die mit den Ausgangszahnrädern 19,22 in Eingriff stehen, und die Abtriebswellen 42, 43 übertragen wird, welche mit den angetriebenen Zahnrädern 40,41 antriebsmäßig verbunden sind. Das Drehmoment wird von den beiden Abtriebswellen 42, 43 unabhängig voneinander aufgenommen, so daß das von einer Ausgangsscheibe 4 aufgenommene Drehmoment zum Antrieb der Vorderräder und das von der anderen Ausgangsscheibe 7 aufgenommene Drehmoment zum Antrieb der Hinterräder verwendet wird, wodurch der Vierradantrieb erfolgt. Mit anderen Worten, durch derartige Ausführung der Steuerung, daß der Kippwinkel eines Satzes von Leistungsrollen 5 sich von demjenigen des anderen Satzes von Leistungsrollen 8 unterscheidet, ist es möglich, den Vierradantrieb durchzuführen, während die Differenz der Drehzahl zwischen den Vorder- und Hinterrädern bei Ausführung einer Drehung ausgeglichen wird.
Bei dem bekannten stufenlosen Toroidgetriebe läßt man die zwei Drehzahländerungs-Toroideinheiten nahezu die gleichen Drehmomente aufnehmen, so daß die auf die Vorderräder und Hinterräder verteilten Drehmomente praktisch gleich sind. In Kraftfahrzeugen für kommerzielle Nutzung, bei welchen die Hinterräder eine schwerere Achsenbelastung haben als die Vorderräder und somit ein größeres Drehmoment erfordern, kann mit dem bekannten stufenlosen Toroidgetriebe ein gewünschter Vierradantrieb nicht erreicht werden. Daher besteht das Problem bei dem bekannten stufenlosen Toroidgetriebe darin, wie die Drehmomentverteilung auf die Hinterräder größer gemacht werden kann als diejenige auf die Vorderräder, d. h. wie verschieden große Drehmomente von den beiden Drehzahländerungs-Toroideinheiten der gleichen Größe aufgenommen werden können.
In einem stufenlosen Toroidgetriebe für Kraftfahrzeuge mit Vierradantrieb, bei welchem zwei Drehzahländerungs-Toroideinheiten auf der gleichen Welle angebracht sind und bei welchem Drehmoment von den Drehzahländerungs-Toroideinheiten unabhängig voneinander aufgenommen werden, besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein stufenloses Toroidgetriebe zu schaffen, das so eingestellt ist, daß Drehmomente von unterschiedlicher Größe von den Drehzahländerungs-Toroideinheiten aufgenommen werden, und welches geeignete Drehmomente auf die Vorder- und Hinterräder je nach der Fahrzeugart, auf welche die Erfindung angewendet wird, verteilen kann.
Die Erfindung bezieht sich auf ein stufenloses Toroidgetriebe für Kraftfahrzeuge mit Vierradantrieb, welches aufweist: eine Eingangswelle; ein Paar von Eingangsscheiben, die sich mit der Eingangswelle drehen; ein Paar von Belastungsnocken, die ein Drehmoment von der Eingangswelle auf die Eingangsscheiben übertragen; ein Paar von Ausgangsscheiben, die gegenüber den Eingangsscheiben angeordnet und auf der Eingangswelle drehbar gelagert sind; kipp-drehbare Leistungsrollen, die zwischen den gegenüberliegenden Eingangs- und Ausgangsscheiben angeordnet sind, um das Drehmoment von den Eingangsscheiben auf die Ausgangsscheiben zu übertragen; Betätigungsorgane zum Kipp-Drehen der Leistungsrollen um Kippachsen senkrecht zu den Drehachsen der Leistungsrolle; ein Paar von Ausgangszahnrädern, die mit den Ausgangsscheiben verbunden sind; ein erstes angetriebenes Zahnrad und ein zweites angetriebenes Zahnrad, die jeweils in Eingriff mit den Ausgangszahnrädern stehen; einen Differentialmechanismus, welcher mit dem ersten angetriebenen Zahnrad verbunden ist; eine erste Abtriebswelle, die mit dem Differentialmechahismus verbunden ist; und eine zweite Abtriebswelle, die mit dem Differentialmechanismus und mit dem zweiten angetriebenen Zahnrad verbunden ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieses stufenlosen Toroidgetriebes für Kraftfahrzeuge mit Vierradantrieb treibt die erste Antriebswelle die Vorderräder und die zweite Antriebswelle die Hinterräder an.
Der Differentialmechanismus kann eine Kegelradeinrichtung sein, die ein erstes Seitenzahnrad, das mit der ersten Ab triebswelle verbunden ist, ein zweites Seitenzahnrad, das gegenüber dem ersten Seitenzahnrad angeordnet und mit der zweiten Abtriebswelle verbunden ist, Ritzel, die in Eingriff mit dem ersten und zweiten Seitenzahnrad stehen, und ein Differentialgehäuse aufweist, das die Ritzel drehbar lagert und mit dem ersten angetriebenen Zahnrad verbunden ist.
Alternativ kann der Differentialmechanismus eine Planetenradeinrichtung mit Doppelritzel sein, welche ein Sonnenrad aufweist, das mit der zweiten Abtriebswelle verbunden ist; Träger, die Ritzel in Eingriff mit dem Sonnenrad drehbar lagern und mit der ersten Abtriebswelle verbunden sind; sowie ein Ringzahnrad in Eingriff mit den Ritzeln, das mit dem ersten angetriebenen Zahnrad in Eingriff steht. Ferner weisen die Ritzel erste Ritzel in Eingriff mit dem Sonnenrad und zweite Ritzel in Eingriff mit den ersten Ritzeln und mit dem Ringzahnrad auf.
In dem stufenlosen Toroidgetriebe für Kraftfahrzeuge mit Vierradantrieb, das den obigen Aufbau besitzt, haben die Drehmomente des ersten angetriebenen Zahnrades und des zweiten angetriebenen Zahnrades praktisch die gleiche Größe. Da das erste angetriebene Zahnrad über den Differentialmechanismus mit der ersten Abtriebswelle und der zweiten Abtriebswelle verbunden ist, wird das Drehmoment des ersten angetriebenen Zahnrades auf die erste Abtriebswelle und die zweite Abtriebswelle verteilt. Andererseits ist das zweite angetriebene Zahnrad nur mit der zweiten Abtriebswelle verbunden, so daß das ganze Drehmoment des zweiten angetriebenen Zahnrades auf die zweite Abtriebswelle übertragen wird. Daher empfängt die zweite Abtriebswelle nicht nur das Drehmoment vom zweiten angetriebenen Zahnrad, sondern auch das Drehmoment vom ersten angetriebenen Zahnrad, und kann daher ein größeres Drehmoment erhalten, als es bei der ersten Abtriebswelle möglich ist. Durch Verbinden der ersten Abtriebswelle mit den Vorderrädern und der zweiten Abtriebswelle mit den Hinterrädern ist es daher möglich, das Drehmoment der Hinterräder größer zu machen als dasjenige der Vorderräder.
Wenn der Differentialmechanismus als Kegelradvorrichtung ausgebildet ist, ist das Verhältnis zwischen den Drehmomenten, die auf die erste Abtriebswelle und die zweite Abtriebswelle verteilt werden, nahezu 1 : 1 oder jeweils etwa 50%. Da die vom ersten angetriebenen Zahnrad auf das erste Seitenzahnrad und das zweite Seitenzahnrad übertragenen Drehmomente nahezu gleich sind, wird das Drehmoment des ersten angetriebenen Zahnrades jeweils zu etwa 50% auf die erste Abtriebswelle und die zweite Abtriebswelle verteilt. Das Drehmoment des zweiten angetriebenen Zahnrades wird zu 100% auf die zweite Abtriebswelle übertragen. Daher ist das Verhältnis zwischen den Drehmomenten, die auf die erste Abtriebswelle und die zweite Abtriebswelle übertragen werden, etwa 1 : 3, d. h. 25% auf eine Abtriebswelle und 75% auf die andere. Wenn man die Vorderräder mit der ersten Abtriebswelle und die Hinterräder mit der zweiten Abtriebswelle verbindet, erhält man ein Drehmoment-Verteilungsverhältnis zwischen Vorder- und Hinterrädern von etwa 1 : 3. Da etwa 75% des Eingangswellendrehmoments auf die Hinterräder übertragen werden können, kann eine geeignete Drehmomentverteilung bei der kommerziellen Verwendung von Kraftfahrzeugen verwirklicht werden, welche ein größeres Drehmoment für die Hinterräder als für die Vorderräder erfordern.
Es wurden hier die Ausdrücke "nahezu" und "etwa" verwendet. Wenn ein Unterschied der Drehzahl zwischen den Vorder- und Hinterrädern besteht, wenn etwa das Fahrzeug eine Drehung macht, stimmen die Übertragungsverhältnisse der beiden Drehzahländerungs-Toroideinheiten nicht vollständig überein, da die Drehzahldifferenz ausgeglichen wird. Darüber hinaus erzeugt auch das Differentialgetriebe eine Differenz.
Infolgedessen ist das Drehzahl-Verteilungsverhältnis nicht genau 1 : 1. Wenn keine Umdrehungsdifferenz zwischen den Vorder- und Hinterrädern vorhanden ist, ist das Drehmoment-Verteilungsverhältnis zwischen dem ersten Ausgangszahnrad und dem zweiten Ausgangszahnrad genau 1 : 1, oder das Drehmoment- Verteilungsverhältnis zwischen der ersten Abtriebswelle und der zweiten Abtriebswelle ist 1 : 3.
Wenn beispielsweise nur die Vorderräder in Matsch oder auf einer gefrorenen Straße laufen, wodurch das übertragene Drehmoment reduziert wird, wird auch das übertragene Drehmoment des zweiten Seitenzahnrades auf der Seite, die nicht läuft, klein. Das heißt, das vom ersten angetriebenen Zahnrad auf die Hinterräder übertragene Drehmoment nimmt ab. Die Hinterräder werden jedoch mit einem Drehmoment auch vom zweiten angetriebenen Zahnrad versorgt und können daher wenigstens 50% des Drehmoments der Eingangswelle sicher erhalten.
Wenn der Differentialmechanismus von einem Planetenradgetriebe gebildet wird, wird das Antriebsdrehmoment von der ersten Drehzahländerungs-Toroideinheit auf das mit dem ersten angetriebenen Zahnrad verbundene Ringzahnrad und ferner zum Träger und dem Sonnenrad über Ritzel übertragen. Das Verhältnis zwischen den auf den Träger und das Sonnenrad übertragenen Drehmomenten ist etwa (Zr-Zs) /Zr: Zs/Zr, wobei Zr die Anzahl von Zähnen des Ringzahnrads und Zs die Anzahl von Zähnen des Sonnenrades ist.
Das vom ersten angetriebenen Zahnrad auf das Sonnenrad übertragene Drehmoment ist mit dem zum zweiten angetriebenen Zahnrad übertragenen Drehmoment kombiniert und ist daher der Antrieb für die zweite Abtriebswelle und für die Hinterräder. Das vom ersten angetriebenen Zahnrad zum Träger übertragene Drehmoment wird unverändert zur ersten Abtriebswelle und von da zu den Vorderrädern übertragen. Dabei ist das Verhältnis zwischen den auf das erste angetriebene Zahnrad und das zweite angetriebene Zahnrad verteilten Drehmomenten nahezu 1 : 1, d. h. jeweils 50%, und das Verhältnis zwischen den auf die mit den Vorderrädern verbundene erste Abtriebswelle und die mit den Hinterrädern verbundene zweite Abtriebswelle verteilten Drehmomenten ist (Zr-Zs)/2Zr:(Zr+Zs)/2Zr.
Da das Drehzahl-Verteilungsverhältnis zwischen Vorder- und Hinterrädern durch (Zr-Zs)/2Zr:(Zr+Zs)/2Zr gegeben ist, ist es möglich, das Drehmoment-Verteilungsverhältnis von Vorderzu Hinterrädern auf einen gewünschten Wert einzustellen, indem eine geeignete Auswahl des Zahnradverhältisses zwischen dem Ringzahnrad und dem Seitenzahnrad getroffen wird. Dies bedeutet, daß eine optimale Drehmomentverteilung entsprechend dem Achsenbelastungsverhältnis zwischen den Vorder- und Hinterrädern erzielt werden kann. Wenn das Zahnradverhältnis zwischen dem Sonnenrad und dem Ringzahnrad 1 : 2 beträgt, kann die gleiche Wirkung erzeugt werden, die erhalten wird, wenn das Differentialgetriebe verwendet wird.
Da bei diesem stufenlosen Toroidgetriebe für Kraftfahrzeuge mit Vierradantrieb die zweite Abtriebswelle ein Drehmoment nicht nur vom zweiten angetriebenen Zahnrad, sondern auch vom ersten angetriebenen Zahnrad empfangen kann, wie oben erwähnt, kann sie ein größeres Drehmoment erhalten als die erste Abtriebswelle. Durch Verbinden der ersten Abtriebswelle mit den Vorderrädern und der zweiten Abtriebswelle mit den Hinterrädern ist es daher möglich, ein größeres Drehmoment den Hinterrädern zuzuführen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr lediglich beispielhaft mit Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch den Aufbau eines stufenlosen Toroidgetriebes für Kraftfahrzeuge mit Vierradantrieb gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch den Aufbau eines stufenlosen Toroidgetriebes für Kraftfahrzeuge mit Vierradantrieb gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch den Aufbau eines bekannten stufenlosen Toroidgetriebes für Kraftfahrzeuge mit Vierradantrieb.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Figuren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen stufenlosen Toroidgetriebes für Kraftfahrzeuge mit Vierradantrieb beschrieben. Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau des stufenlosen Toroidgetriebes für Kraftfahrzeuge mit Vierradantrieb als erste Ausführungsform der Erfindung. Dieses stufenlose Toroidgetriebe für Kraftfahrzeuge mit Vierradantrieb ist ein stufenloses Toroidgetriebe mit doppeltem Hohlraum, das zwei Drehzahländerungs- Toroideinheiten 1, 2 aufweist, die einander gegenüber auf der gleichen Welle angebracht sind. Die Drehzahländerungs-Toroideinheit 1 (erste Drehzahländerungs-Toroideinheit) weist auf: eine Eingangsscheibe 3, eine Ausgangsscheibe 4, die gegenüber der Eingangsscheibe 3 angeordnet ist, Leistungsrollen 5, die zwischen der Eingangsscheibe 3 und der Ausgangsscheibe 4 und in Reibungseingriff mit sphärischen, konkaven Toroidflächen beider Scheiben 3, 4 angeordnet sind, sowie (nicht gezeigte) Betätigungsorgane, welche die Leistungsrollen 5 um ihre Kippachsen 10 senkrecht zu ihren Drehachsen 9 kipp-drehen. Die Drehzahländerungs-Toroideinheit 2 (zweite Drehzahländerungs-Toroideinheit) weist in gleicher Weise auf: eine Eingangsscheibe 6, eine Ausgangsscheibe 7, die gegenüber der Eingangsscheibe 6 angeordnet ist, Leistungsrollen 8, die zwischen der Eingangsscheibe 6 und der Ausgangsscheibe 7 und in Reibungseingriff mit sphärischen, konkaven Toroidflächen beider Scheiben 6, 7 angeordnet sind, sowie (nicht gezeigte) Betätigungsorgane, welche die Leistungsrollen 8 um ihre Kippachsen 10 senkrecht zu ihren Drehachsen 9 kipp-drehen. Die Drehzahländerungs-Toroideinheiten 1, 2 haben jeweils zwei Leistungsrollen 5,8. Die Leistungsrollen 5,8 sind jeweils um ihre eigenen Drehachsen 9 drehbar und auch um ihre Kippachsen 10 senkrecht zu den Drehachsen 9 kippbar.
Die Eingangswelle 11 ist auf einem nicht gezeigten Gehäuse drehbar gelagert und wird mit Motordrehmoment über einen nicht gezeigten Drehmomentwandler versorgt. Zwischen der Eingangswelle 11 und dem Paar von Eingangsscheiben 3,6 sind Druckvorrichtungen 12, 13 mit Belastungsnocken eingebaut. Die Druckvorrichtung 12 preßt die Eingangsscheibe 3 der Drehzahländerungs-Toroideinheit 1 gegen die Ausgangsscheibe 4, und die Druckvorrichtung 13 preßt die Eingangsscheibe 6 der Drehzahländerungs-Toroideinheit 2 elastisch gegen die Ausgangsscheibe 7. Die Druckvorrichtungen 12, 13 enthalten ein Paar von Nockenplatten 14, 15, die mit der Eingangswelle 11 starr verbunden sind, sowie eine Anzahl von Belastungsnocken 16, 17, welche zwischen die Nockenflächen der Nockenplatten 14, 15 und die Nockenflächen auf der Rückseite der Eingangsscheiben 3,6 eingeschaltet sind. Wenn sich die Eingangswelle 11 und daher die Nockenplatten 14, 15 drehen, drücken die Nockenflächen der Nockenplatten 14, 15 die Belastungsnocken 16, 17 gegen die Nockenflächen der Eingangsscheiben 3,6. Dabei greifen die Belastungsnocken 16, 17 an den Nockenplatten 14, 15 und den Eingangsscheiben 3,6 ein, was die Eingangsscheiben 3,6 veranlaßt, sich mit der Eingangswelle 11 zu drehen.
Die Ausgangsscheibe 4 ist an ihrer Rückseite mit einem Ende einer Hohlwelle 18 fest verbunden, welche auf die Eingangs welle 11 aufgeschoben ist. Die Hohlwelle 18 ist an ihrem Zwischenteil mit einem Ausgangszahnrad 19 starr verbunden. Das andere Ende der Hohlwelle 18 ist durch ein Lager 20 drehbar gelagert. Auf der Rückseite der Ausgangsscheibe 4 ist Rücken an Rücken die Ausgangsscheibe 7 angeordnet, welche wie bei der Ausgangsscheibe 4 an ihrer Rückseite mit einem Ende einer Hohlwelle 21 verbunden ist, die auf die Eingangswelle 11 aufgeschoben ist. Die Hohlwelle 21 ist an ihrem Mittelabschnitt mit einem Ausgangszahnrad 22 starr verbunden und ist andererseits durch ein Lager 23 drehbar gelagert.
Das Ausgangszahnrad 19 kämmt mit einem angetriebenen Zahnrad 24. Das Ausgangszahnrad 22 kämmt mit einem angetriebenen Zahnrad 25. Das angetriebene Zahnrad 24 ist an einem Differentialmechanismus 26 angebracht, der ein Kegelradgetriebe ist, das einander gegenüber angeordnete Seitenzahnräder 27 und 28, Ritzel 29 in Eingriff mit diesen Seitenzahnrädern 27, 28 und ein Differentialgehäuse 30 aufweist, das die Ritzel 29 drehbar lagert. Das Differentialgehäuse 30 ist mit dem angetriebenen Zahnrad 24 verbunden. Am Seitenzahnrad 27 ist eine Abtriebswelle 31 befestigt und am Seitenzahnrad 28 ist eine Abtriebswelle 32 befestigt. Ferner treibt die Abtriebswelle 31 die Vorderräder über ein (nicht gezeigtes) Differentialgetriebe an, und die Abtriebswelle 32 treibt die Hinterräder über ein weiteres (nicht gezeigtes) Differentialgetriebe an. Die Abtriebswelle 32 ist nicht nur mit dem Seitenzahnrad 28 des Differentialmechanismus 26 gekuppelt, sondern auch mit dem angetriebenen Zahnrad 25, und kann so Drehmoment von beiden Drehzahländerungs-Toroideinheiten 1, 2 aufnehmen.
Als nächstes wird die Arbeitsweise des stufenlosen Toroidgetriebes für Kraftfahrzeuge mit Vierradantrieb erläutert. Wenn der Motor startet und die Eingangswelle 11 Drehmoment vom Motor empfängt, wird das Drehmoment auf die erste Eingangsscheibe 3 über die Belastungsnocken 16 übertragen. Gleichzei tig wird das Drehmoment auch auf die Eingangsscheibe 6 von der Eingangswelle 11 über die anderen Belastungsnocken 17 übertragen. Wenn das Drehmoment auf die Eingangsscheibe 3 übertragen wird, wird diese in Drehung versetzt und veranlaßt die Leistungsrollen 5, sich zu drehen, wodurch wiederum die Ausgangsscheibe 4 gedreht wird. Das auf die Eingangsscheibe 6 übertragene Drehmoment wird ferner über die Leistungsrollen 8 auf die Ausgangsscheibe 7 übertragen. Während der Übertragung des Drehmoments bewirkt ein Verkippen der Leistungsrollen 5,8 der Drehzahländerungs-Toroideinheiten 1, 2 um die Kippachsen 10 eine Änderung der Reibungseingriffspunkte der Leistungsrollen 5,8 an den Eingangsscheiben 3,6 und den Ausgangsscheiben 4,7, wodurch eine stufenlose Drehzahländerung durchgeführt wird.
Wenn eine synchrone Steuerung derart durchgeführt wird, daß die Leistungsrollen 5 der Drehzahländerungs-Toroideinheit 1 und die Leistungsrollen 8 der Drehzahländerungs-Toroideinheit 2 den gleichen Kippwinkel aufweisen, drehen sich das Ausgangszahnrad 19 und das Ausgangszahnrad 22 mit der gleichen Drehzahl. In diesem Fall drehen sich die Ritzel 29 nicht um ihre Achsen, und das angetriebene Zahnrad 24, das angetriebene Zahnrad 25 und die Seitenzahnräder 27, 28 drehen sich zusammen um die Abtriebswellen 31, 32. Daher wird das Drehmoment des angetriebenen Zahnrads 24 jeweils zu 50% auf die Abtriebswelle 31 und die Abtriebswelle 32 verteilt. Das Drehmoment des angetriebenen Zahnrads 25 wird zu 100% auf die Abtriebswelle 32 übertragen. Daher ist die Drehmomentverteilung 25% auf die Abtriebswelle 31 und 75% auf die Abtriebswelle 32. Mit anderen Worten, da die Vorderräder mit der Abtriebswelle 31 und die Hinterräder mit der zweiten Abtriebswelle 32 verbunden sind, ist die Drehmomentverteilung 25% zu den Vorderrädern und 75% zu den Hinterrädern.
Wenn eine Differenz der Drehzahl zwischen den Vorder- und Hinterrädern auftritt, wenn ein Fahrzeug z. B. eine Drehung macht, fallen jedoch tatsächlich, da diese Differenz durch die Übertragung ausgeglichen wird, die Übertragungsverhältnisse der Drehzahländerungs-Toroideinheiten 1, 2 nicht vollständig zusammen. Darüber hinaus auch deswegen, weil das Differentialgetriebe auch eine Differenz erzeugt. Aus diesen Gründen ist das Drehmoment-Verteilungsverhältnis nicht genau 1 : 1 oder jeweils 50%. Wenn keine Drehzahldifferenz zwischen den Vorder- und Hinterrädern besteht, ist das Drehzahl-Verteilungsverhältnis zwischen dem Ausgangszahnrad 19 und dem Ausgangszahnrad 22 genau 1 : 1 oder jeweils 50%. Oder das Drehzahl-Verteilungsverhältnis zwischen der Abtriebswelle 31 und der zweiten Abtriebswelle 32 beträgt 1 : 3, d. h. 25% für die eine Abtriebswelle und 75% für die andere.
Wenn bei Ausführung einer Drehung durch den Wagen die Drehzahländerungs-Toroideinheit 1 und die Drehzahländerungs-Toroideinheit 2 unabhängig gesteuert werden, d. h. die Kippwinkel der beiden Sätze von Leistungsrollen 5,8 so gesteuert werden, daß sie sich voneinander unterscheiden, können die Drehzahlen des Ausgangszahnrads 19 und des Ausgangszahnrads 22 so eingestellt werden, daß sie sich voneinander unterscheiden. Wenn beispielsweise die Drehzahl des Ausgangszahnrads 19 höher ist als diejenige des Ausgangszahnrads 22, ist die Drehzahl des angetriebenen Zahnrads 24 größer als diejenige des angetriebenen Zahnrads 25 und des Seitenzahnrads 28, so daß die Drehzahl des Seitenzahnrads 27 größer ist als diejenige des angetriebenen Zahnrads 24. Da die Abtriebswelle 31, die mit dem Seitenzahnrad 27 verbunden ist, die Vorderräder antreibt, und die Abtriebswelle 32, die mit dem angetriebenen Zahnrad 25 und dem Seitenzahnrad 28 verbunden ist, die Hinterräder antreibt, ist die Drehzahl der Vorderräder höher als diejenige der Hinterräder. Wenn daher das Fahrzeug eine Drehung macht, kann der Vierradantrieb durch Aufnehmen der Differenz der Drehzahl zwischen den Vorderrädern und den Hinterrädern durchgeführt werden.
Wenn das Fahrzeug eine Drehung macht, ist die Drehzahl der inneren Räder kleiner als diejenige der äußeren Räder, und gleichzeitig ist die Drehzahl der Hinterräder kleiner als diejenige der Vorderräder. Die Drehzahldifferenz zwischen den äußeren Rädern und den inneren Rädern wird durch das Differentialgetriebe ausgeglichen. Um die Drehzahldifferenz zwischen den Vorderrädern und den Hinterrädern auszugleichen, enthalten die bekannten Kraftfahrzeuge mit Vierradantrieb einen Differentialmechanismus, der Zentral-Differential (center differential) genannt wird, oder eine Flüssigkeitskupplung zusätzlich zum Getriebe. Im Gegensatz dazu kann das erfindungsgemäße stufenlose Toroidgetriebe die Drehzahldifferenz nur durch das oben beschriebene Getriebe ausgleichen.
Wenn nur die Vorderräder in Matsch oder auf gefrorener Straße laufen, was das Drehmoment reduziert, wird auch das Übertragungsdrehmoment des Seitenzahnrads 28 auf der Seite, die nicht läuft, klein. Die Hinterräder werden jedoch mit einem Drehmoment vom angetriebenen Zahnrad 25 versorgt und damit können wenigstens 50% des Eingangswellendrehmoments den Hinterrädern zugeführt werden.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen stufenlosen Toroidgetriebes für Kraftfahrzeuge mit Vierradantrieb mit Bezugnahme auf die in Fig. 2 dargestellte Übersichtskonstruktion beschrieben. Dieses stufenlose Toroidgetriebe für Kraftfahrzeuge mit Vierradantrieb unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, daß es ein Planetenradgetriebe 33 als Differentialmechanismus enthält. In anderer Hinsicht hat es die gleiche Funktion und Bauweise wie die erste Ausführungsform, so daß identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Wiederholung ihrer Erläuterung weggelassen wird.
Das angetriebene Zahnrad 24 in Eingriff mit dem Ausgangszahnrad 19 ist mit einem Differentialmechanismus versehen. Bei dieser Ausführungsform ist der Differentialmechanismus ein Planetenradgetriebe 33 mit Doppelritzel, welches aufweist: ein Sonnenrad 34, Ritzel 35 in Eingriff mit dem Sonnenrad 34, Ritzel 36 in Eingriff mit dem Ritzeln 35, einen Träger 37, der die Ritzel 35, 36 drehbar lagert und ein Ringzahnrad 38 in Eingriff mit den Ritzeln 36. Das angetriebene Zahnrad 24 ist mit dem Ringzahnrad 38 verbunden; der Träger 37 ist mit der Abtriebswelle 31 verbunden; und das Sonnenrad 34 ist mit der Abtriebswelle 32 verbunden. Die Abtriebswelle 32 ist nicht nur mit dem Sonnenrad 34 der Planetenradeinrichtung 33 verbunden, sondern auch mit dem angetriebenen Zahnrad 25, und kann so von beiden Drehzahländerungs-Toroideinheiten 1, 2 Drehmoment aufnehmen.
Als nächstes wird die Arbeitsweise dieses stufenlosen Toroidgetriebes erläutert. Die Drehmomentleistung der Drehzahländerungs-Toroideinheit wird auf das Ringzahnrad 38 übertragen, das einstückig mit dem angetriebenen Zahnrad 24 ausgebildet ist, und wird dann über die Ritzel 35 und die Ritzel 36 auf den Träger 37 und das Sonnenrad 34 verteilt. Das Verhältnis zwischen den auf den Träger 37 und das Sonnenrad 34 verteilten Drehmomenten ist nahezu gleich im Verhältnis (Zr-Zs)/Zr zu Zs/Zr, wobei Zr die Anzahl von Zähnen des Ringzahnrads 38 und Zs die Anzahl von Zähnen des Sonnenrades 34 darstellt.
Das von der Drehzahländerungs-Toroideinheit 1 über das angetriebene Zahnrad 24 zum Sonnenrad 34 übertragene Drehmoment wird mit einem von der Drehzahländerungs-Toroideinheit 2 zum angetriebenen Zahnrad 25 übertragenen Drehmoment kombiniert. Das kombinierte Drehmoment wird auf die Abtriebswelle 32 und weiter auf die Hinterräder übertragen. Das vom angetriebenen Zahnrad 24 auf den Träger 37 übertragene Drehmoment wird unverändert auf die Abtriebswelle 31 und weiter auf die Vorderräder übertragen. Weil dabei das Verhältnis zwischen den auf das angetriebene Zahnrad 24 und das angetriebene Zahnrad 25 übertragenen Drehmomenten nahezu 50% zu 50% ist, wird das Drehmoment-Verteilungsverhältnis zwischen der Abtriebswelle 31, die mit den Vorderrädern verbunden ist, und der zweiten Abtriebswelle 32, die mit den Hinterrädern verbunden ist, durch (Zr-Zs)/2Zr:(ZR+ZS)/2ZR wiedergegeben. Wenn das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Sonnenrad 34 und dem Ringzahnrad 38 1 : 2 beträgt, wird der gleiche Effekt hervorgerufen, wie wenn der Differentialmechanismus 26 verwendet wird, d. h. das Verhältnis zwischen den Drehmomentverteilungen zur Abtriebswelle 31 und zur Abtriebswelle 32 beträgt etwa 1 : 3 oder 25% für eine Abtriebswelle und 75% für die andere. Mit anderen Worten, da die Vorderräder mit der Abtriebswelle. 31 und die Hinterräder mit der zweiten Abtriebswelle 32 verbunden sind, beträgt das Verhältnis zwischen den Drehmomentverteilungen zu den Vorder- und Hinterrädern etwa 1 : 3, d. h. 25% für die Vorderräder und 75% für die Hinterräder.

Claims

1. Stufenloses Toroidgetriebe für Kraftfahrzeuge mit Vierradantrieb, die Vorderräder und Hinterräder aufweisen, umfassend:

eine Eingangswelle (11);

ein Paar von Eingangsscheiben (3, 6), die sich mit der Eingangswelle (11) drehen;

ein Paar von Belastungsnocken (16, 17), die ein Drehmoment von der Eingangswelle (11) auf die Eingangsscheiben (3, 6) übertragen;

ein Paar von Ausgangsscheiben (4, 7), die gegenüber den Eingangsscheiben (3, 6) angeordnet und auf der Eingangswelle (11) drehbar gelagert sind;

kipp-drehbare Leistungsrollen (5, 8), die zwischen den gegenüberliegenden Eingangs- und Ausgangsscheiben (3, 6, 4, 7) angeordnet sind, um das Drehmoment von den Eingangsscheiben (3, 6) auf die Ausgangsscheiben (4, 7) zu übertragen;

ein Paar von Ausgangszahnrädern (19, 22), die mit den Ausgangsscheiben (4, 7) verbunden sind;

ein erstes angetriebenes Zahnrad (24) und ein zweites angetriebenes Zahnrad (25), die jeweils in Eingriff mit den Ausgangszahnrädern (19, 22) stehen;

gekennzeichnet durch

einen Differentialmechanismus (26; 33), der mit dem ersten angetriebenen Zahnrad (24) verbunden ist;

eine erste Abtriebswelle (31), die mit dem Differentialmechanismus (26; 33) verbunden ist; und

eine zweite Abtriebswelle (32), die mit dem Differentialmechanismus (26; 33) und mit dem zweiten angetriebenen Zahnrad (25) verbunden ist.

2. Stufenloses Toroidgetriebe für Kraftfahrzeuge mit Vierradantrieb nach Anspruch 1, bei welchem bei Betrieb die erste Abtriebswelle (31) die Vorderräder und die zweite Abtriebswelle (32) die Hinterräder antreibt.

3. Stufenloses Toroidgetriebe für Kraftfahrzeuge mit Vierradantrieb nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Differentialmechanismus eine Kegelradeinrichtung (26) ist, die ein erstes Seitenzahnrad (27), das mit der ersten Abtriebswelle (31) verbunden ist, ein zweites Seitenzahnrad (28), das gegenüber dem ersten Seitenzahnrad (27) angeordnet und mit der zweiten Abtriebswelle (32) verbunden ist, Ritzel (29), die in Eingriff mit dem ersten und zweiten Seitenzahnrad (27, 28) stehen, und ein Differentialgehäuse (30) aufweist, das die Ritzel (29) drehbar lagert und mit dem ersten angetriebenen Zahnrad (24) verbunden ist.

4. Stufenloses Toroidgetriebe für Kraftfahrzeuge mit Vierradantrieb nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Differentialmechanismus eine Planetenradeinrichtung (33) ist, welche ein Sonnenrad (34) aufweist das mit der zweiten Abtriebswelle (32) verbunden ist, einen Träger (37), der Ritzel (35, 36) in Eingriff mit dem Sonnenrad (34) drehbar lagert und mit der ersten Abtriebswelle (31) verbunden ist; sowie ein Ringzahnrad (38) in Eingriff mit den Ritzeln (35, 36), das mit dem ersten angetriebenen Zahnrad (24) verbunden ist.

5. Stufenloses Toroidgetriebe für Kraftfahrzeuge mit Vierradantrieb nach Anspruch 4, bei welchem die Ritzel (35, 36) aus ersten Ritzeln (35) in Eingriff mit dem Sonnenrad (34) und zweiten Ritzeln (36) in Eingriff mit den ersten Ritzeln (35) und mit dem Ringzahnrad (38) bestehen.