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DE19820071A1 - Stufenloses Reibradgetriebe - Google Patents

Stufenloses Reibradgetriebe

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Publication number
DE19820071A1
DE19820071A1 DE19820071A DE19820071A DE19820071A1 DE 19820071 A1 DE19820071 A1 DE 19820071A1 DE 19820071 A DE19820071 A DE 19820071A DE 19820071 A DE19820071 A DE 19820071A DE 19820071 A1 DE19820071 A1 DE 19820071A1
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Germany
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disc
shaft
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DE19820071A
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Walter Kuhn
Markus Hoher
Juergen Wafzig
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ZF Friedrichshafen AG
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ZF Friedrichshafen AG
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H15/00Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by friction between rotary members
    • F16H15/02Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by friction between rotary members without members having orbital motion
    • F16H15/04Gearings providing a continuous range of gear ratios
    • F16H15/06Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B
    • F16H15/32Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B in which the member B has a curved friction surface formed as a surface of a body of revolution generated by a curve which is neither a circular arc centered on its axis of revolution nor a straight line
    • F16H15/36Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B in which the member B has a curved friction surface formed as a surface of a body of revolution generated by a curve which is neither a circular arc centered on its axis of revolution nor a straight line with concave friction surface, e.g. a hollow toroid surface
    • F16H15/38Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B in which the member B has a curved friction surface formed as a surface of a body of revolution generated by a curve which is neither a circular arc centered on its axis of revolution nor a straight line with concave friction surface, e.g. a hollow toroid surface with two members B having hollow toroid surfaces opposite to each other, the member or members A being adjustably mounted between the surfaces

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Abstract

Das Reibradgetriebe weist eine Eingangswelle (3) und eine koaxial dazu angeordnete Drehmomentwelle (20) auf sowie zwei Eingangsscheiben (5, 12) und zwei paarweise diesen zugeordnete Ausgangsscheiben (6, 11). Zwischen einer der Eingangsscheiben (5) und einem Axialflansch (9), der mit der Eingangswelle (3) fest verbunden ist und auf dem sich die Eingangsscheibe (5) abstützt, die nicht von einer Anpreßeinrichtung (4) beaufschlagt wird, ist ein Universallager (18) vorgesehen, das sowohl die axiale Abstützung als auch die radiale Abstützung dieser Eingangsscheibe (5) übernimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein stufenloses Reibradgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges stufenloses Reibradgetriebe weist übli­ cherweise koaxial zu einer gemeinsamen Welle angeordnete Eingangs- und Ausgangsscheiben auf, die paarweise zueinan­ der angeordnet sind und deren Innenflächen toroidförmig ausgestaltet sind sowie zwischen den Paaren von Eingangs- und Ausgangsscheiben angeordnete Reibräder. Diese Reibräder stehen sowohl mit den Eingangsscheiben als auch mit den Ausgangsscheiben in Reibkontakt und übertragen das ihnen von der Eingangsscheibe übertragene Drehmoment auf die Aus­ gangsscheibe durch reibschlüssigen Kontakt, wobei die Dreh­ zahl der Reibräder um so höher ist je grösser der Abstand zwischen ihrer Berührungsstelle mit der Eingangsscheibe und der Drehachse ist. Die Drehzahl der Ausgangsscheiben hinge­ gen ist um so grösser, je näher die Berührungsstelle zwi­ schen Reibrad und Ausgangsscheibe an der Drehachse liegt. Durch Verschwenkung der Reibräder kann demzufolge die Dreh­ zahl der Ausgangsscheibe stufenlos und beliebig eingestellt werden. Zu diesem Zweck sind die Drehachsen der Reibräder an einem Träger gelagert, der über eine Verschwenkeinrich­ tung ansteuerbar ist.
Das Grundprinzip eines derartigen stufenloses Reibrad­ getriebes ist bereits in der US-2 152 796, die im Jahre 1939 veröffentlicht wurde, beschrieben. Darin sind zwei Paare konkaver Eingangs- und Ausgangsscheiben vorgesehen, zwischen denen schwenkbar gelagerte Reibräder angeordnet sind, so dass ein über eine Eingangswelle den Eingangs­ scheiben und den Reibrädern übertragenes Drehmoment je nach Relativstellung der Reibräder mit einem davon abhängigen Übersetzungsverhältnis über die Ausgangsscheiben, eine Zahnradstufe und eine Hohlwelle einem Summierungsgetriebe in Form eines Planetengetriebes zugeführt wird. Der Steg des Planetengetriebes treibt eine Ausgangswelle, die mit den Antriebsrädern, z. B. eines Kraftfahrzeuges, verbunden ist. Die Ausgangswelle kann dabei parallel zur und im Ab­ stand von der Eingangswelle angeordnet sein. Das Ausgangs­ zahnrad und die beiden Ausgangsscheiben sind drehbar auf einer Hülse gelagert, die an ihren Enden in Lagerstützen abgestützt ist. Die Anordnung der Lagerstützen zwischen jeweils einer Ein- und Ausgangsscheibe setzt einen genügend grossen Bauraum zwischen diesen Scheiben voraus.
Das Getriebe nach der US-PS 3 739 658 weist ebenfalls einen zweizügigen Variator mit zwei paarweise angeordneten Ein- und Ausgangsscheiben auf, zwischen denen schwenkbar gelagerte Reibräder angeordnet sind. Bei dieser Konstrukti­ on ist eine Lagerstütze vorhanden, die Bestandteil des Ge­ häuses ist und die räumlich zwischen den beiden Ausgangs­ scheiben liegend angeordnet ist. Die von den Ausgangsschei­ ben abfliessende Leistung wird über ein Planetengetriebe, das zudem als Differential wirkt, einer Hohlwelle zugelei­ tet. Die Hohlwelle ist mit dem Ausgangszahnrad drehfest verbunden und wird über Kugellager in der Lagerstütze dreh­ bar gehalten.
Das Ausgangszahnrad steht mit einem Zahnrad in An­ triebsverbindung, das drehfest am Gehäuse eines Drehmoment­ wandlers befestigt ist. Dieser treibt die Ausgangswelle des Getriebes. Die Anordnung des Drehmomentwandlers am Eingang der Ausgangswelle bedingt einen relativ grossen Achsabstand zwischen Ein- und Ausgangswelle des Getriebes. Damit sind die Anwendungsfälle für dieses Getriebe stark einge­ schränkt, weil der erforderliche Einbauraum nicht immer zur Verfügung steht.
Aus der US-4 893 517 ist ein stufenloses Reibradge­ triebe bekannt mit einer Eingangswelle, die ein Gehäuse durchsetzt. Das Gehäuse ist mittels einer Trennwand in zwei Hohlräume unterteilt, in denen jeweils eine Eingangsscheibe und eine ihr gegenüberliegende Ausgangsscheibe mit dazwi­ schenliegenden Reibrädern gelagert sind, wobei sowohl die Eingangsscheibe als auch die Ausgangsscheibe in den beiden Hohlräumen auf einer gemeinsamen Achse liegen, zu der die Reibräder zur Erzielung der gewünschten Geschwindig­ keitsübersetzung verschwenkt werden können. Die beiden Paa­ re aus Eingangsscheiben und Ausgangsscheiben sind spiegel­ symmetrisch zueinander in den Hohlräumen derart angeordnet, dass die beiden Ausgangsscheiben nebeneinander liegen, und zwar zu beiden Seiten der die beiden Hohlräume voneinander trennenden Trennwand, in der ein Zahnrad gelagert ist, wel­ ches von den beiden Ausgangsscheiben gemeinsam mit dem Aus­ gangsdrehmoment beaufschlagt wird.
Die Patentanmeldung DE 197 32 064.8 der Anmelderin beschreibt ein stufenloses Reibradgetriebe, bei dem die Eingangswelle von einer koaxial dazu angeordneten Drehmo­ mentwelle umgeben ist; die Eingangswelle erstreckt sich durch das gesamte stufenloses Getriebe und ist an ihrem Ende mit einer Axialscheibe versehen. Dieser Axialscheibe ist eine Anpresseinrichtung zugeordnet, welche eine erste Eingangsscheibe einer Getriebeeinheit in Richtung zu deren zugehörigen Ausgangsscheibe hin beaufschlagt. Die Eingangs­ scheibe der zweiten Getriebeeinheit stützt sich über ein Axiallager an einer zweiten Axialscheibe ab und über ein Radiallager auf der Eingangswelle.
Zwischen den beiden Getriebeeinheiten ist ein topfför­ miges Lagerstützglied vorgesehen, in dem ein von den beiden Ausgangsscheiben der beiden Getriebeeinheiten beaufschlag­ tes Zahnrad angeordnet ist, welches mit einem Abtriebszahn­ rad einer Ausgangswelle kämmt. Das Lagerstützglied bildet zusammen mit einem oberen und einem unteren Rahmenbügel einen Halterahmen, wobei die Rahmenbügel obere und untere Querjoche tragen, in denen die Träger für die Reibräder gelagert sind, die in vorgewählten, geneigten Ebenen abrol­ len können, um so das Drehmoment von der jeweiligen zugehö­ rigen Eingangsscheibe in stufenloser Übersetzung zur zuge­ hörigen Ausgangsscheibe der Getriebeeinheit zu übertragen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Bauauf­ wand eines derartigen stufenloses Getriebes zu verringern und die Herstellungskosten zu senken.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe bei einem gattungsgemässen stufenloses Reibradgetriebe, das neben den Merkmalen des Oberbegriffs auch das Merkmal des kennzeich­ nenden Teils des Hauptanspruchs aufweist. Eine vorteilhafte bauliche Ausgestaltung ist im Unteranspruch beschrieben.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile durch Ver­ wendung eines Universallagers an der einen Eingangsscheibe, die sowohl Radial- als auch Axialkräfte aufnimmt, ermög­ licht es, die Gesamtlänge des stufenlosen Getriebes dadurch zu verkürzen, dass die bisher übliche hochgezogene Axialab­ stützung entfällt. Der Wegfall des bisher üblichen Ra­ diallagers dieser Eingangsscheibe ermöglicht es ferner, die mit Hilfe von Kugeln durchgeführte Verriegelung (Ball- Spline) mit der Drehmomentenwelle an eine geringer belaste­ te Stelle der Eingangsscheibe zu verlegen, wodurch die Le­ bensdauer des Getriebes erhöht wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbei­ spiel dargestellt ist.
In der einzigen Figur ist ein Schnitt durch ein stu­ fenloses Getriebe dargestellt, wobei im folgenden nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Bauteile beschrieben werden.
Das Reibradgetriebe 1 (bzw. Toroidgetriebe) weist eine Eingangswelle 3 auf, die mit einem nicht dargestellten An­ fahrelement, z. B. mit einem Drehmomentwandler oder einer nass laufenden Anfahrkupplung einer Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeuges verbunden ist. Das Getriebe enthält zwei Getriebeeinheiten, die koaxial zur Eingangswelle 3 angeord­ net sind. Die eine Getriebeeinheit weist eine Eingangs­ scheibe 5 und eine Ausgangsscheibe 6 auf, deren einander zugewandte Oberflächen toroidförmig ausgestaltet sind; die andere Getriebeeinheit weist eine Eingangsscheibe 12 und eine Ausgangsscheibe 11 auf, deren einander zugewandte Oberflächen ebenfalls toroidförmig ausgestaltet sind. In den beiden Getriebeeinheiten sind jeweils vorzugsweise zwei (nicht dargestellte) Reibräder vorgesehen, die an schwenk­ baren Trägern befestigt sind; die Reibräder stehen in reib­ schlüssigem Kontakt mit den beiden ihnen zugewandten Ober­ flächen der Eingangsscheiben 5, 12 und der Ausgangsscheiben 6, 11, wobei die Reibräder jeder Getriebeeinheit symme­ trisch zur Achse der Eingangswelle 3 angeordnet sind.
Werden nun die Reibräder durch die nicht im einzelnen dargestellte Verschwenkeinrichtung bezüglich der Längsachse der Eingangswelle 3 geneigt, so verschieben sich die Berüh­ rungspunkte des Umfangs der Reibräder, wodurch das Überset­ zungsverhältnis zwischen einer Eingangs- und einer Aus­ gangsgeschwindigkeit kontinuierlich, d. h. stufenlos einge­ stellt werden kann.
Die Scheiben 5, 6, 11, 12 sind auf einer Drehmoment­ welle 20 gelagert, die geringfügig in Axialrichtung relativ zur Eingangswelle verschiebbar ist. Die Eingangsscheibe 5 der einen Getriebeeinheit ist drehfest mit der Drehmoment­ welle 20 verbunden, jedoch axial gleitend auf ihr über eine kugelförmige Verriegelungsanordnung 19 (Ball-Spline) gela­ gert. Auch die Eingangsscheibe 12 der anderen Getriebeein­ heit ist drehfest durch eine Mitnahmeverzahnung mit der Drehmomentwelle 20 verbunden. Die beiden Ausgangsscheiben 6, 11 der beiden Getriebeeinheiten, sind spiegelsymmetrisch zueinander und nebeneinander im Getriebe angeordnet und auf einer gemeinsamen Buchse angeordnet, wobei die Ausgangs­ scheiben 6 und 11 fest mit einem Zahnrad 8 verbunden sind, das drehbar die Drehmomentwelle 20 umgibt. Ein Drehmoment, das von der einen Eingangsscheibe 5 der Ausgangsscheibe 6 und ein Drehmoment, das von der anderen Eingangsscheibe 12 der Ausgangsscheibe 11 übertragen wird, wird von den beiden drehfest mit der Buchse verbundenen Ausgangsscheiben dem Zahnrad 8 übertragen, welches mit einem nicht dargestellten Zahnrad einer Ausgangswelle kämmt.
Mit 4 ist eine rollenförmige Anpresseinrichtung be­ zeichnet, die zwischen der Eingangsscheibe 12 mit einer Kurvenbahn und einer Scheibe 10 mit einer Kurvenbahn vorge­ sehen ist und die in Axialrichtung verschiebbar auf der Eingangswelle 3 gelagert ist sowie drehfest mit ihr verbun­ den ist, wobei sie mit Hilfe der Anpresseinrichtung 4 die Eingangsscheibe 12 in Axialrichtung zur Ausgangsscheibe 11 hin beaufschlagt.
Mit 9 ist ein Axialflansch bezeichnet, an dem sich die Eingangsscheibe 5 über ein Universallager 18 abstützt und der sowohl der Übertragung der Axialkraft von der Anpress­ einrichtung 4 zur Eingangsscheibe 5 dient als auch der Drehmomentmitnahme. Die Eingangsscheibe 5 ist ferner über eine Verriegelungsanordnung (Ball Spline) 19, die eine drehfeste Verbindung mit der Drehmomentwelle 20 gewährlei­ stet, axial verschiebbar auf letzterer gelagert.
Das Universallager 18, welches das herkömmliche Axiallager und das herkömmliche Radiallager der Eingangs­ scheibe 5 ersetzt, nimmt alle Radial- und Axialkräfte, die auf die Eingangsscheibe 5 einwirken, auf. Es ist vorzugs­ weise als Kugellager ausgestaltet, das einerseits in eine in der Eingangsscheibe eingearbeitete halbkreisförmige Aus­ sparung 21 eingreift und andererseits in eine komplementär ausgebildete Aussparung 22 im Axialflansch 9. Diese beiden Aussparungen sind vorteilhafterweise höhenversetzt zueinan­ der angeordnet. Separate Lagerringe für das Universallager 18 sind dadurch überflüssig, wodurch der Bauraum verklei­ nert werden kann. Über den Axialflansch 9 wird ferner die von einer Mutter 23 aufgeschraubte Vorspannkraft übertra­ gen, wobei er die Mutter gegen den Variator abstützt.
Mit 7 ist ein topfförmiges Lagerstützglied bezeichnet, in dem das Zahnrad 8 gelagert ist und das die beiden Ge­ triebeeinheiten voneinander trennt. Mit 13, 14, sind die oberen Querjoche bezeichnet und mit 15 und 16 Zapfen für die Fixierung der Querjoche in zwei Richtungen. Die Zapfen stellen die Verbindung zum Halterahmen 2 her.
Die nicht dargestellten Träger der Reibräder sind in den Querjochen gelagert.
Bezugszeichenliste
1
Getriebe
2
Halterahmen
3
Eingangswelle
4
Anpresseinrichtung
5
Eingangsscheibe
6
Ausgangsscheibe
7
Lagerstützglied
8
Zahnrad
9
Axialflansch
10
Scheibe mit Kurvenbahn
11
Ausgangsscheibe
12
Eingangsscheibe
13
oberes Querjoch
14
oberes Querjoch
15
Zapfen
16
Zapfen
17
Verriegelungsanordnung
18
Universallager
19
Verriegelungsanordnung
20
Drehmomentwelle
21
Aussparung
22
Aussparung
23
Mutter

Claims (4)

1. Stufenloses Reibradgetriebe, mit:
  • 1. einer Eingangswelle (3),
  • 2. einer koaxial dazu angeordneten Drehmomentwelle (20),
  • 3. zwei koaxial zur Eingangswelle angeordneten Eingangs­ scheiben (5, 12) mit toroidförmigen Innenflächen,
  • 4. zwei koaxial zur Eingangswelle angeordneten Ausgangs­ scheiben (6, 12) mit toroidförmigen Innenflächen, wo­ bei je eine Eingangsscheibe und eine Ausgangsscheibe ein Paar bilden und die beiden Ausgangsscheiben spie­ gelsymmetrisch zueinander und nebeneinander angeordnet sind,
  • 5. mehreren Reibrädern, die zwischen den Innenflächen der Paare der Eingangsscheiben und Ausgangsscheiben ver­ schwenkbar angeordnet sind zur Übertragung eines Drehmomentes von der Eingangsscheibe auf die zugehöri­ ge Ausgangsscheibe,
  • 6. eine Anpresseinrichtung (4) für eine der Eingangs­ scheiben, um diese in Richtung Ausgangscheiben zu be­ aufschlagen,
  • 7. einem Zahnrad zwischen den beiden Ausgangsscheiben,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Eingangsscheibe (5) und einem Axialflansch (9), der mit der Eingangswelle (3) fest verbunden ist, ein Universalla­ ger (18) vorgesehen ist, das sowohl die axiale Abstützung als auch die radiale Abstützung der Eingangsscheibe (5) übernimmt.
2. Reibradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Axialflansch (9) so­ wohl der Drehmomentmitnahme als auch der Übertragung der Axialkraft von der Anpresseinrichtung (4) zur Eingangs­ scheibe (5) dient.
3. Reibradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Universallager (18) ein Kugellager ist, das einerseits in eine in der Eingangs­ scheibe (5) eingearbeitete halbkreisförmige Aussparung (21) eingreift und andererseits in eine komplementär ausgebilde­ te Aussparung (22) im Axialflansch (9) eingreift.
4. Reibradgetriebe nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die beiden Aussparun­ gen (21, 22) höhenversetzt zueinander sind.
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