DE4205260C1 - Continuously variable transmission drive - has input torque branched under set ratio and again brought together, one branch producing additional torque - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

E sind Getriebe bekannt, mit denen die stufenlose Veränderung des Übersetzungsverhältnisses erreicht werden kann. Bei einigen dieser bekannten Getriebe basiert die Übertragung des Drehmomentes bzw. der Leistung auf kraftschlüssiger Verbindung der Bauteile. Die hierbei auftretenden hohen Reibungsverluste führen zu schlechtem Wirkungsgrad bei hohem Verschleiß. Wegen dieser gravierenden Nachteile werden solche Anordnungen lediglich für Nebenantriebe bzw. bei Antrieben für geringe Leistungsübertragung verwendet.

Aus der DE 36 15 516 A1 ist ein stufenloses Getriebe bekannt. Dieses Getriebe weist ein Beschleunigungsrad, auf dem Beschleunigungsrad montierte Hilfsräder, ein angetriebenes Rad, ein Abtriebrad und eine Kraftübertragung der Drehbewegung des angetriebenen Rades auf das Abtriebsrad auf. Bei diesem Getriebe wird das Eingangsdrehmoment symmetrisch in zwei Teile aufgeteilt. Ein Teil wird auf das Abtriebsrad geleitet. Der andere Teil wird über einen Drehmomentwandler nach Umkehr der Drehrichtung ebenfalls auf das Abtriebsrad geleitet. Dieser Drehmomentwandler bewirkt somit durch Rückkopplung die stufenlose Wandlung des Drehmomentes bei diesem selbsteinstellenden Getriebe. Der hier erfolgende Betrieb eines Drehmomentwandlers außerhalb seines günstigsten Wirkungsgrades insbesondere bei allen vom Übersetzungsverhältnis 1 : 1 abweichenden Übersetzungen führt bei diesem Getriebe zu einem sehr ungünstigen Wirkungsgrad. Für den Einsatz im Kraftfahrzeug bedarf es bei dieser Anordnung noch der Ergänzung für den Rückwärtsgang.

Aus der FR 26 38 801 A1 und der US 31 19 282 sind Getriebe bekannt, die das Eingangsdrehmoment symmetrisch aufteilen und nach Vergrößerung der einen Drehmomenthälfte bei gleichzeitig umgekehrt proportionaler Verkleinerung der anderen Drehmomenthälfte unter so verändertem Verhältnis wieder zusammenfassen. Beide Getriebe unterscheiden sich lediglich durch die Ausführung der Anordnung für die Getriebesteuerung. Die sich während des Betriebes bei den stufenlosen Getrieben nach (2) und (3) für einen der Zweige ergebenden hohen Zahnraddrehzahlen führen zu einem schlechten Wirkungsgrad. Da eine für den Einsatz im Kraftfahrzeug unerläßliche Möglichkeit für den Drehrichtungswechsel (Rückwärtsgang) bei beiden Anordnungen nicht vorgesehen ist, lassen sich diese Getriebe nur unter Einsatz eines zusätzlichen Wendegetriebes verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine stufenlose Veränderung des Übersetzungsverhältnisses für beide Drehrichtungen einstellbar werden zu lassen und dabei die Reibungsverluste von Friktionsantrieben oder hydraulischen Drehmomentwandlern durch den ausschließlichen Einsatz von formschlüssig wirkender Übertragungstechnik zu umgehen.

Auch durch die geringen Zahnraddrehzahlen wird ein gleich günstiger Wirkungsgrad wie bei den heute gebräuchlichen mehrstufigen Zahnradgetrieben (Synchron- oder Automatikgetrieben) erreicht. Eine Leistungsbeschränkung ist nicht gegeben.

Bei Verwendung einer solchen Anordnung im Kraftfahrzeug kann auf die Kupplung oder den Wandler als Anfahrhilfe verzichtet werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Getriebe gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele und den dazugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

Es zeigt

Fig. 1 Die Ausführungsform der Erfindung bei symmetrischer Drehmomentaufteilung im schematischen Schnitt.

Fig. 2 Die Ausführungsform der Erfindung bei unsymmetrischer Drehmomentaufteilung im Schnitt.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung der Getriebeteile in einem Getriebegehäuse 1. Die in Fluchtlinie angeordnete Eingangs- und Ausgangswelle verläuft mittig unterhalb der Anordnung. Aus Gründen der Anschaulichkeit sind bei dem schematischen Schnitt in Fig. 1 Eingangs- und Ausgangswelle in die Ebene der übrigen beiden Wellen geklappt.

Das drehfest mit der Eingangswelle 2 verbundene Zahnrad 3 kämmt mit der Außenverzahnung des Ausgleichsgetriebegehäuses 4. Die in diesem Gehäuse 4 drehbar gelagerten Ausgleichskegelräder 5 stehen in Eingriff mit den Kegelrädern 6 und 7. Das Kegelrad 6 ist drehfest mit dem Zahnrad 8, das Kegelrad 7 ist drehfest mit dem Zahnrad 9 verbunden. Zahnrad 10 steht mit Zahnrad 9 in Eingriff und ist drehfest mit dem Kegelrad 11 verbunden. Zahnrad 8 ist über das Zwischenrad 12 mit Zahnrad 13 verzahnt, welches drehfest mit dem Kegelrad 14 verbunden ist. Die Ausgleichskegelräder 15 sind drehbar im Ausgleichsgetriebegehäuse 16 gelagert und stehen in Eingriff mit den beiden Kegelrädern 14 und 11. Die Außenverzahnung des Ausgleichsgetriebegehäuses 16 kämmt mit dem Zahnrad 17, welches drehfest mit der Ausgangswelle 18 verbunden ist. Von dem Kegelrad 6 wird eine Sichelpumpe, bestehend aus dem Innenrad 19 dem Außenrad 20 und der Sichel 21 angetrieben. Von dem Kegelrad 7 wird eine weitere Sichelpumpe, bestehend aus dem Innenrad 22 dem Außenrad 23 und der Sichel 24, angetrieben. Die Schaltmuffe der Klauenkupplung 25 ist drehfest und verschiebbar auf der Hauptwelle 2 angeordnet. Das Gegenstück 26 ist drehfest mit der Ausgangswelle 18 verbunden. Die Schaltmuffe 27 ist drehfest und verschiebbar mit der Welle 28 verbunden. Die zugehörigen Kupplungsklauen sind drehfest am Ausgleichsgetriebegehäuse 4 angeordnet.

Die Wirkungsweise der hier beschriebenen erfindungsmäßigen Anordnung ist folgende:

Die Eingangsleistung wird von der Eingangswelle 2 und damit vom Zahnrad 3 auf das Ausgleichsgetriebegehäuse 4 übertragen. Das sich aus der Eingangsleistung und der Ausgleichsgehäusedrehzahl 4 ergebende Drehmoment wird durch die symmetrische Wirkung dieses Ausgleichsgetriebes über die Ausgleichskegelräder 5 zu gleichen Teilen auf die Kegelräder 6 und 7 verzweigt. Über die Zahnradanordnung 8, 12, 13 gelangt eine dieser Drehmomenthälften ohne Drehrichtungsänderung zum Kegelrad 14. Die andere Hälfte des Drehmomentes gelangt über die Zahnräder 9 und 10 unter Umkehrung des Drehsinnes auf das Kegelrad 11. Da trotz der so gleichmäßig verzweigten Übertragung des Drehmomentes unterschiedliche Drehzahlen in den Zweigen möglich sind, werden auch entsprechend unterschiedliche Leistungen über die beiden Zweige übertragen. Die beiden Leistungsanteile werden unter gleichem Drehmoment von den Ausgleichskegelrädern 15, welche gleichzeitig mit den Kegelrädern 14 und 11 in Eingriff stehen, zusammengefaßt und auf das Ausgleichsgetriebegehäuse 16 geleitet. Über die Außenverzahnung dieses Gehäuses 16 wird die Leistung schließlich über das Zahnrad 17 auf die Ausgangswelle 18 übertragen.

Für die in Fig. 1 gewählten Getriebeparameter ergeben sich z. B. folgende Verhältnisse:

Drehzahlen × 10² min^-1 für

Bei den in den Zeilen a), b), c) und d) angenommenen Eingangsverhältnissen dreht die Ausgangswelle in gleichem Drehsinn wie die Eingangswelle.

Zur Verbesserung des Wirkungsgrades läßt sich das Getriebe beim Betrieb im direkten Gang (Zeile b) über die Schaltkupplung 25, 26 überbrücken.

Zur absichernden Fixierung der Stillstandposition (Zeile e) sollte das Ausgleichsgetriebe 4 mit der Klauenkupplung 27 gsperrt werden.

Die in Zeile f), g), h) und i) aufgelisteten Werte ergeben sich bei gleichzeitiger Umkehrung der Drehrichtung durch das Getriebe.

Da bei der beschriebenen Anordnung das Zusammensetzungsverhältnis der beiden Leistungszweige innerhalb der Anordnung exakt dem Aufteilungsverhältnis entspricht, herrscht für alle denkbaren Übersetzungsverhältnisse ein Gleichgewichtszustand. Zur Einstellung des gewünschten Übersetzungsverhältnisses sind die Hydraulikpumpen 19, 20, 21 und 22, 23, 24 entsprechend der Zeichnung vorgesehen. Durch eine dem Stand der Technik entsprechende Steuer- oder Regeleinrichtung jeweils zwischen dem Pumpeneingang und dem Pumpenausgang (z. B. Drossel oder Stromregelventil) läßt sich über die so beeinflußbaren Pumpendrücke und die dadurch erreichbare Abbremsung des gewünschten Zweiges stufenlos jedes gewünschte Übersetzungsverhältnis der erfindungsgemäßen Anordnung für den Bereich zwischen i=1 : 1 bis i=1 : 1 erreichen. Sollten auch die außerhalb dieses Bereiches liegenden Übersetzungsverhältnisse einsetzbar sein, so müssen die Pumpen 19, 20, 21 bzw. 22, 23, 24 als Hydromotor geschaltet werden.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung der Getriebeteile in einem Getriebegehäuse 1, welches beidseitig durch die Deckel 2 und 3 abgeschlossen wird. In dem Gehäusedeckel 2 ist das Hohlrad 4, in dem Gehäusedeckel 3 das Hohlrad 5 drehbar gelagert. Die beiden Hohlräder 4 und 5 sind gleichzeitig als Kegelräder ausgebildet und sind über die Zwischenräder 6 miteinander verzahnt. Die drei Zwischenräder 6 sind um 120 Grad zueinander versetzt im Getriebegehäuse gelagert. Im Hohlrad 4 ist ein Planetengetriebe angeordnet. Die in der Nabe des Hohlrades 4 gelagerte Eingangswelle 7 ist drehfest mit dem Planetenradträger 8 verbunden. Die auf dem Planetenradträger 8 drehbar angeordneten Planetenräder 9 stehen gleichzeitig mit dem Hohlrad 4 und dem Sonnenrad 10 in Verbindung. Das Sonnenrad 10 ist drehfest mit dem Sonnenrad 11 verbunden. Im Hohlrad 5 ist ein weiteres Planetengetriebe angeordnet. Die Ausgangswelle 12 ist in der Nabe des Hohlrrades 5 gelagert und drehfest mit dem Planetenradträger 13 verbunden. Die auf dem Planetenradträger 13 drehbar angeordneten Planetenräder 14 stehen gleichzeitig mit dem Hohlrad 5 und dem Sonnenrad 11 in Verbindung. Von den Zwischenrädern 6 wird jeweils eine Sichelpumpe, bestehend aus dem Innenrad 15, dem Außenrad 16 und der Sichel 17, angetrieben. Von den Sonnenrädern 10 und 11 wird eine Sichelpumpe, bestehend aus dem Innenrad 18, dem Außenrad 19 und der Sichel 20, angetrieben.

Die Wirkungsweise der hier beschriebenen erfindungsgemäßen Anordnung ist folgende:
Die Eingangsleistung wird von der Eingangswelle 7, auf den Planetenradträger 8 übertragen. Durch die auf dem Planetenradträger 8 angeordneten Planetenräder wird das Drehmoment unter konstruktionsmäßig abhängigem Verhältnis auf das Hohlrad 4 und das Sonnenrad 10 verteilt. Der auf das Hohlrad 4 übertragene Drehmomentanteil wird über die Zwischenräder 6 mit umgekehrtem Drehsinn auf das Hohlrad 5 übertragen. Der auf das Sonnenrad 10 übertragene Drehmomentanteil wird direkt unter Beibehaltung des Drehsinns auf das Sonnenrad 11 übertragen. Über die beiden Übertragungszweige können unterschiedliche Leistungen fließen. Durch die auf dem Planetenradträger 13 gelagerten Planetenräder 14 werden die beiden Leistungsanteile unter gleichem Verhältnis wieder zusammengefaßt und auf die Ausgangswelle 12 übertragen.

Für die in der Zeichnung gewählten Getriebeparameter ergeben sich z. B. folgende Verhältnisse:

Drehzahlen (X 100 l/min) für

Die in Zeile a), b) und c) aufgelisteten Werte ergeben sich, bei gleichzeitiger Umkehr der Drehrichtung durch das Getriebe. Zweckmäßigerweise sollte dieser Bereich wegen der niedrigeren Drehzahlen der Zahnräder 10 und 11 für die bevorzugte Drehrichtung (z. B. für die Vorwärtsfahrt beim Kfz) eingesetzt werden. Als weitere Ausbildung der Anordnung kann zur absichernden Fixierung der Stillstandposition (Zeile d) die Eingangswelle 7 mit dem Hohlrad 4 unter bestimmtem Übersetzungsverhältnis (hier 1,5 : 1) mittels eines nicht näher dargestellten Vorschaltgetriebes verkuppelt werden.

Bei den in den Zeilen e), f) und g) angenommenen Eingangsverhältnissen bleibt die Drehrichtung durch das Getriebe unbeeinflußt.

Da bei der beschriebenen Anordnung das Zusammenfassungsverhältnis der beiden Leistungszweige innerhalb der Anordnung exakt dem Aufteilungsverhältnis entspricht, herrscht für alle denkbaren Übersetzungsverhältnisse ein Gleichgewichtszustand. Zur Einstellung des gewünschten Übersetzungsverhältnisses sind die Hydraulikpumpen 15, 16, 17 und 18, 19, 20 entsprechend der Zeichnung vorgesehen. Durch eine dem Stand der Technik entsprechende Steuer- oder Regeleinrichtung jeweils zwischen dem Pumpeneingang und dem Pumpenausgang (z. B. Drossel oder Stromregelventil) läßt sich über die so beeinflußbaren Pumpendrücke und die dadurch erreichbare Abbremsung des gewünschten Zweiges stufenlos jedes gewünschte Übersetzungsverhältnis der erfindungsgemäßen Anordnung für den Bereich zwischen i=1 : 1 bis i=-1 : 1 erreichen. Sollten auch die außerhalb dieses Bereiches liegenden Übersetzungsverhältnisse einsetzbar sein, so müssen die Pumpen 15, 16, 17 bzw. 18, 19, 20 als Hydromotor geschaltet werden.

Im Vergleich mit den heute bekannten stufenlosen Getriebeanordnungen ergeben sich für die beschriebenen Anordnungen folgende Vorteile:

• - kein Schlupf,
• - geringerer Verschleiß,
• - wesentlich besserer Wirkungsgrad,
• - keine Leistungsbeschränkung.

Im Vergleich mit den heute gebräuchlichen mehrstufigen Schalt- bzw. Automatikgetrieben ergeben sich für die als Ausführungsbeispiel 2 beschriebene Anordnung folgende Vorteile:

• - geringere Herstellungskosten,
• - geringerer Aufwand an Bauteilen,
• - weniger Verschleißteile,
• - geringe Belastung der Bauteile (Planetengetriebe),
• - kleinere Abmessung,
• - geringeres Gewicht,
• - exakte Anpassung an die Getriebeaufgabe (Stufenlosigkeit),
• - Drehrichtungsumkehr ohne zusätzliche Einrichtungen,
• - keine Anfahrhilfe erforderlich (bei Verbrennungsmotoreinsatz),
• - keine Schaltkupplung nötig (nur im Vergl. zu Schaltgetrieben),
• - schaltbar unter Last (nur im Vergleich zu Schaltgetrieben),
• - besonders geeignet für Automatikbetrieb,
• - geringerer Aufwand für die Automatiksteuerung,
• - günstigerer Wirkungsgrad,
• - kein Wandler erforderlich,
• - keine Schaltrucker.

Claims (15)

1. Getriebe bei dem das Eingangsdrehmoment unter einem bestimmten, konstruktiv vorgegebenen Verhältnis verzweigt und das verzweigte Drehmoment wieder unter demselben ebenfalls konstruktiv vorgegebenen Verhältnis zusammengefaßt ist, wobei in mindestens einem der Zweige Mittel zum Erzeugen eines das Übersetzungsverhältnis verändernden zusätzlichen Drehmomentes vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der Zweige eine Umkehr der Drehrichtung vorgesehen ist.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verzweigung des Drehmomentes in zwei symmetrische Teile ein Ausgleichsgetriebe mit Stirn- oder Kegelrädern (4, 5, 6, 7) vorgesehen ist, und daß nach erfolgter Umkehrung der Drehrichtung mittels Zahnradtrieb (9, 10) dieser veränderter Zweig mit dem unverändert übertragenen Zweig durch ein weiteres Ausgleichsgetriebe (11, 14, 15, 16) wieder zusammengefaßt ist (Fig. 1).

3. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fixierung der Stillstandposition das Ausgleichsgetriebe (4, 6, 5, 7) eine Sperreinrichtung (4, 27) vorgesehen ist (Fig. 1).

4. Getriebe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei eingestelltem Übersetzungsverhältnis von 1 : 1 eine zwischen der Eingangswelle (2) und der Ausgangswelle (18) angeordnete Überbrückungskupplung schaltbar ist.

5. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verzweigung des Drehmomentes in zwei unterschiedliche Teile ein Planetengetriebe (8, 9, 10) vorgesehen ist, und daß nach erfolgter Umkehrung der Drehrichtung in einem Drehmomentzweig mittels Zwischenräder (6) die beiden Drehmomentanteile durch ein weiteres Planetengetriebe (11, 13, 14) wieder zusammengefaßt sind (Fig. 2).

6. Getriebe nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fixierung der Stillstandposition die Eingangwelle (7) und das Hohlrad (4) über ein geeignetes Vorschaltgetriebe mit entsprechendem Übersetzungsverhältnis kuppelbar ist (Fig. 2).

7. Getriebe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses mindestens eine Hydraulikpumpe (18, 19, 20 und 15, 16, 17) vorgesehen ist (Fig. 2).

8. Getriebe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses mindestens eine Magnetpulverkupplung vorgesehen ist.

9. Getriebe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses mindestens eine Wirbelstrombremse vorgesehen ist.

10. Getriebe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses mindestens eine mechanische Kupplung vorgesehen ist.

11. Getriebe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses mindestens ein Generator vorgesehen ist.

12. Getriebe nach einem der Ansprüche 3 oder 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses eine Einstelleinrichtung vorgesehen ist.

13. Getriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung der Einstelleinrichtung in Abhängigkeit von der Motorlast erfolgt.

14. Getriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung der Einstelleinrichtung in Abhängigkeit von der Motordrehzahl erfolgt.

15. Getriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung der Einstelleinrichtung in Abhängigkeit von der Belastung und der Drehzahl erfolgt.