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Dokumentenidentifikation DE602004002959T2 19.04.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001633995
Titel SCHRÄGZAHNSTANGE FÜR EINEN MECHANISCHEN DREHMOMENTWANDLER
Anmelder Borbolla Gonzalez, Teodoro Rodrigo, Jalisco, MX
Erfinder Borbolla Gonzalez, Teodoro Rodrigo, Tlaquepaque, Jalisco 45602, MX
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 602004002959
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 16.06.2004
EP-Aktenzeichen 047437660
WO-Anmeldetag 16.06.2004
PCT-Aktenzeichen PCT/IB2004/002005
WO-Veröffentlichungsnummer 2004111495
WO-Veröffentlichungsdatum 23.12.2004
EP-Offenlegungsdatum 15.03.2006
EP date of grant 25.10.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.04.2007
IPC-Hauptklasse F16H 15/50(2006.01)A, F, I, 20051224, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F16H 37/08(2006.01)A, L, I, 20051224, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Diese Erfindung ist in erster Linie zur Verwendung als eine Energietransformationsvorrichtung in der Fahrzeugindustrie vorgesehen; d. h. Getriebesysteme. Die Vorrichtung kann auch bei irgendeinem Gerät verwendet werden, das ein Antriebssystem verwendet oder einen Antrieb mit konstanter Geschwindigkeit erfordert.

HINTERGRUND

Die Erfindung bietet eine neue, einfachere Anordnung eines stufenlos variablen Getriebes (Infinetely Variable Transmission – IVT), von dem es verschiedene Anordnungen gibt. Einige Anordnungen stützen ihren Betrieb auf der Änderung der Geschwindigkeit einiger Bauteile (normalerweise das Sonnenrad) eines Planetengetriebesystems, um eine variable Geschwindigkeit auf die Abtriebswelle, die direkt oder indirekt mit einem anderen seiner Bauteile (normalerweise dem Zahnkranz) integriert ist, wie in dem Fall des US-Patents Nr. 5,564,998, zu übertragen. Diese Änderung wird durch einen Variiermechanismus reguliert, der Gleitrollen in einem Paar oder vielen Paaren toroidaler Scheiben einsetzt, wie dies in dem US-Patent Nr. 5,395,292 offenbart ist, oder über die Verwendung von Riemen, die in Polen mit variierenden Durchmessern arbeiten, wie dies in dem US-Patent Nr. 4,553,450 beschrieben ist. Ein anderer Aufbau benutzt einen Drehmomentwandler, in dem ein hydraulisches Fluid zwischen der Turbine und der Pumpe verwendet wird, um die Traktion zu variieren, wie dies in dem US-Patent Nr. 4,644,821 dargestellt ist. Es ist auch ein stufenlos variables Getriebe ähnlich demjenigen, das in dem US-Patent Nr. 4,229,985 offenbart ist, bekannt, das ein System mit konischen Rollen mit einem Zwischenring, um die Geschwindigkeit durch Variieren dessen Winkel zu modulieren, oder ein System aus Rollen, die entlang eines konischen Impellers verschoben werden, um den Kontaktdurchmesser zu variieren, und über ein Variieren der Abtriebsgeschwindigkeit, wie in dem Fall des den nächstkommenden Stand der Technik bildenden Dokuments EP-A-1,239,186, verwendet, bekannt.

In keinem Fall wird eine positive Traktion erhalten, so dass ein Rutschen oder eine Friktion der eingebundenen Elemente verursacht würde, und ein großer Energieverlust, der einen größeren oder kleineren Grad der Effektivität und der Zuverlässigkeit des Antriebszugs bewirkt, erhalten werden würde, was dazu führt, dass die Teile einer Abnutzung und übermäßigen Wartungserfordernissen unterworfen werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

1 zeigt eine Schnittansicht des Getriebes.

2 zeigt eine vereinfachte Figur der Rückseitenansicht einer Position des Getriebes.

3 zeigt eine Schnittansicht einer zyklischen Änderung der Sequenz.

4 zeigt eine Seitenansicht des Kontaktpunkts zwischen den Satellitenzahnrädern und der Zahnstange entlang der zyklischen Verschiebung.

5 zeigt eine Queransicht des Getriebes, die die Längsverschiebung des Aufnahmesystems, entlang der Zahnstangenspitze, darstellt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung schafft ein Kegelschrägzahnradsystem, das in Verbindung mit irgendeiner Art eines Mechanismus verwendet werden kann, der einen variablen Abtrieb erfordert, und aus einem Antriebszahnrad (1) mit einem Zahnkranz, der an einem Planetenträger (2) montiert ist, einem zweiten Zahnkranz (3) und einer unidirektionale Kupplung (19), die an einem zylindrischen Impeller mit zunehmendem Durchmesser (10) befestigt ist, einem Satz von drei oder mehr Planetenrädern (4), einem Sonnenrad (5), einer Verriegelungsplatte (6), einer primären Traktions- und Steuerwelle (7) und einer Doppelverbindungswelle (22), einer Spiralstange (20), einem Aufnahmesystem (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 und 18), das ein zusammengesetztes Planetensystem aufweist, wo sich die Satellitenräder (11) radial so bewegen, um die Zahnstange (20) entweder direkt, oder unter Verwendung der hinteren, mit Welle versehenen Zahnräder (13), mit den Planetenrädern (14) in Eingriff zu bringen, die die Traktion zu dem zentralen Zahnrad (15) und auf die Abtriebswelle (18) unter einer variablen Geschwindigkeit unter Verwendung eines Impeller-Durchmessers, in dem sie angeordnet sind, übertragen, so dass sich dann, wenn die Leistung konstant ist, das Drehmoment unter einem umgekehrten Verhältnis in Bezug auf die Geschwindigkeit ändert, besteht. (1)

Die Folge des Getriebes beginnt an einem Antriebszahnrad (1), das die Motordrehzahl verringert und sie auf den Planetenträger (29), die Planetenräder (4) und den zweiten Zahnkranz (3) überträgt, wie dies durch das Gaspedal gefordert wird, wonach die Bewegung auf den mechanischen Drehmomentwandler führt, der aus einem zylindrischen Impeller mit zunehmendem Durchmesser (10) besteht, der eine Zahnstange (20) an seiner inneren Fläche einsetzt, wobei der Impeller eine begrenzte Drehung besitzt, da er mit einer unidirektionalen Kupplung (19) verbunden ist, um sich nur in einer "einschraubenden" Zahnstangenrichtung zu drehen, wobei diese Zahnstange winklig in einer Spiralform angeordnet ist und die Zähne davon gleichmäßig zueinander so beabstandet sind, dass die Zahnstange (20) denselben Satelliten (11) in irgendeiner Position entlang seines Umfangs aufnehmen kann, und eine bestimmte Anzahl von Zähnen pro Spitze kann entfernt werden, um die Satellitenzahnräder (spiralförmig in kleinen Impeller-Durchmessern) freizugeben, da das Sonnenrad die Planetenräder in Folge hält, so dass die Kontinuität einer Bewegung davon nicht unterbrochen wird.

Die Entfaltungs-Steuerung des Traktionsaufnahmesystems arbeitet wie folgt: Das Sonnenzahnrad ist mit der Verriegelungsplatte (6) in Eingriff gebracht, die mehrere Anschläge besitzt, um die Bewegung des Sonnenzahnrads an bestimmten, winkelmäßigen Positionen (&agr;) zu halten, nimmt die Reaktion des Drehmoments, zugeführt zu dem Getriebe, auf und übersteigt die Kraft der Sensorfeder (9), was die primäre Traktions- und Steuerwelle (7) dazu bringt, sich eine bestimmte Zahl an Umdrehungen, in Abhängigkeit von der Reaktionskraft, zu drehen, und über die Spindelnut und die Keilwellen des zentralen Stabs wird die Positionierungsspinne (12) in Längsrichtung entfaltet. Auf diese Art und Weise bewegt sich das Aufnahmesystem (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 und 18) axial durch die primäre Traktions- und Steuerwelle (7) bis zu der erforderlichen Position, um die Drehzahlen des konischen Impellers beizubehalten.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Modulation der variablen Teilungsrate arbeitet wie folgt: Die primäre Traktions- und Steuerwelle (7) ist mit der Positionierungsspinne (12) mittels Stiften (55), die durch die Nuten gleiten, in Eingriff gebracht, die sich bis zu einem Abstand entsprechend zu dem aufgenommenen Drehmoment entfalten. Dabei wird der konische Impeller (10), der an dem Zahnkranz (3) befestigt ist, von der unidirektionalen Kupplung (19) freigegeben, wenn sie sich in der Einschraubrichtung dreht, um die Traktion mittels der Zahnstange (20) auf die Satellitenzahnräder (11) zu übertragen, die durch deren hintere, mit Welle versehenen Zahnräder (13) mit einem zweiten Planetensystem (14), das an der Positionierungsspinne (12) durch Schwenkarme (18) montiert ist, in Eingriff gebracht sind, und sie werden mit dem zentralen Zahnrad (15), das mit der äußeren Welle (18) verbunden ist und mit der Doppelkopplungswelle (22), die der Abtrieb des Getriebes ist, verbunden ist, in Eingriff gebracht, das mit einer variablen Geschwindigkeitsrate entsprechend dem Kontaktdurchmesser mit der Schrägverzahnungsstange (20) arbeitet. (1)

Es ist anzumerken, dass, wenn auf die Zahnstange (20) oder einen Spiraldurchmesser Bezug genommen wird, dies ein durchschnittlicher Durchmesser einer Spitze bedeutet, da die Spirale keinen festgelegten Durchmesser besitzt.

Das hintere, epizyklische Zahnradsystem, das in dem inneren Bereich des Impellers (10) vorgefunden wird, befestigt an einer Spinne (12), bewegt sich über die Achse des Kegels entlang des Schlitzes (7) der primären Traktions- und Steuerwelle, die konzentrisch zu dem zentralen Keilwellenstab (8) liegt, der spiralförmige Keilverzahnungen entlang seiner Achse besitzt und typischerweise an dem Gehäuse (21) in einer solchen Art und Weise befestigt ist, dass das Zahnrad des Systems in einer radialen und Längsposition durch die primäre Traktions- und Steuerwelle (7) angeordnet werden kann, die durch die Sensorfeder (9) zu dem nächsten Sonnenzahnrad-Anschlag bewegt wird, und auf diese Art und Weise bei irgendeiner Längsposition der Satelliten (11) zu einem gegebenen Durchmesser des Impellers (10) und einer Winkelposition passen. (2).

Das Kontinuitätsprinzip in Bezug auf die Verzahnungsfolge zwischen der Schrägverzahnungsstange (20) und den Satelliten (11) basiert auf dem permanenten Beibehalten der relativen Position des vorderen Teils des Satelliten und jedem Spitzen-Startpunkt. Dies wird dadurch erreicht, dass vorgesehen wird, dass sich, zu jedem Zeitpunkt, zu dem die Zahnstange (20) eine Umdrehung weitergeht, die Anzahl der Zähne um einen gegebenen Betrag in einer solchen Art und Weise erhöht, dass alle Satelliten (11) in die Zahnstange (20) an demselben Zahn für irgendeine gegebene Position (&agr;) des Aufnahmesystems (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 und 18) laufen, und der letzte Zahn der Spitze wird immer mit dem Startpunkt derselben Spitze übereinstimmen.

An dem Umfang jeder Spitze werden einige Zähne sein, die mit anderen Zähnen der vorherigen Spitze übereinstimmen (äquivalent zu der Anzahl von Zähnen, die erhöht wurde), wodurch demzufolge jede Spitze in eine Anzahl von Bögen (q) zwischen den Zähnen segmentiert werden wird, auf denen das Aufnahmesystem (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 und 18) nur während der Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung laufen wird, um eine Position zu ändern. Allerdings wird die zyklische Bewegung der Spitze nur an den Winkelpositionen (&agr;) stattfinden, wo zwei der Zähne ausgerichtet sind. (2).

Um die Position des Aufnahmesystems (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 und 18) zu variieren, wird das gesamte System mit demselben Vorschub-Muster der Spitze laufen lassen, so dass die Folge an den Zwischenpunkten (q) zwischen den Winkelpositionen (&agr;) beibehalten wird, und so, dass der Vorschub des Satelliten (11) proportional zu der zunehmenden oder sich verringernden Drehung des Umfangs der Spitze ist. Deshalb wird, wenn die Verschiebung den Zweck hat, den Durchmesser zu verringern, die Drehung in derselben Drehrichtung des Impellers (10) vorliegen, so dass das Zahnrad der Zahnstange (20) folgen wird, um seine relative Position beizubehalten, wenn es sich zu einer anderen Spitze verschiebt, und so, dass der versetzte Zahn nicht mit der Änderungsposition übereinstimmt.

Mittels der Verbindungsstangen (17) halten die Satelliten (11) denselben Abstand zu der Achse des Impellers (10) bei, der der kürzeste von allen ist, während der Radius der Zahnstange (20) bei jeder Umdrehung verbreitert wird, da er eine Drehung in der "Einschraubrichtung" überträgt. Auf diese Art und Weise wird der Kontakt in einem Satelliten (11) während des Übergangs des breitesten Teils der Spirale dort verlorengehen, wo er an dem schmalsten Teil positioniert ist, das bedeutet während der Satellit die Spitze von dem Ende zu dem Beginn der Spirale ändert, die der Längsposition der Spinne (11) entspricht, wo sie angeordnet ist (3). Um die Zähne des Satelliten während der zyklischen Änderung der Spirale freizugeben, sollte die Spirale eine Zunahme im Radius haben, und zwar von einer Spitze zu einer anderen, so dass die Zähne zu jedem Zeitpunkt außer Eingriff gebracht werden, zu dem der Impeller (10) eine Umdrehung abschließt. Das Konzept eines kontinuierlichen, positiven, variablen Drehmoments basiert darauf, dass mindestens ein Satellit (11) von dem Aufnahmesystem (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 und 18) in einem permanenten Kontakt mit der Zahnstange (20) des Impellers steht. ( 4)

Die zyklische Änderung der Spirale mittels der Verriegelungsplatte (6) wird an gegebenen Punkten (&agr;) der Zahnstange (20) vorliegen, so dass die Satelliten (11) immer die Spitze zu der Position hin ändern, wo der erste und der letzte Zahn der Querschnittsebene des Impellers (10) übereinstimmen, wo sie angeordnet sind, wodurch deshalb keine gegenseitige Beeinträchtigung aufgrund des Versatzes der Zähne in der Art und Weise, in der eine Feineinstellungseinrichtung arbeitet, vorhanden ist. Demzufolge wird die Sensorfeder (9) bewirken, dass die Vorschubrate an spezifischen Winkelpositionen liegt, wobei die Anzahl von Bögen (q) äquivalent zu der Anzahl von Zähnen, erhöht durch jede Spitze, ist, wobei, als eine Folge, je größer die Erhöhung der Zähne ist, desto größer die Anzahl der Winkelpositionen (&agr;) sein wird, und, als eine Folge, umso größer die Übersetzungsverhältnisse sein werden. (3)

Während des Übergangs, um den Kontaktradius zu erhöhen oder zu verringern, wird das System seine relative Position zu dem Impeller (10) beibehalten, um zu vermeiden, dass sich eine Spitze dort ändert, wo die Zähne nicht übereinstimmen.

Um den Übergang des Satelliten (11), der in die Zahnstange (20) eintritt, zu synchronisieren, wird die Erhöhung in der Anzahl der Zähne immer dieselbe von einer Spitze zu einer anderen sein, und die Satelliten (11) werden immer die Vektor-Position beibehalten, die jedem Längsabstand in der Achse des Impellers (10) für die Zustände entspricht, in der er arbeitet. Deshalb wird sich, um den Betrieb zu modifizieren, das Aufnahmesystem (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 und 18) über die primäre Traktions- und Steuerwelle (7) bewegen, wie dies zuvor angegeben ist, was die Vorschubrate und die Drehung der zentralen Keilwelle (8) fortführt, dessen Sehne eine Teilung äquivalent zu der Vorschubrate der Zahnstange (20) besitzt (5).


Anspruch[de]
Schrägzahnstange für einen mechanischen Drehmomentwandler, die umfasst:

ein stationäres Gehäuse (21);

eine primäre Traktions- und Steuerwelle (7), die Schlitze besitzt;

einen zylindrischen Impeller mit zunehmendem Durchmesser (10);

eine Doppelverbindungswelle (22);

eine Verriegelungsplatte (6);

eine zentrale Keilwelle (8), die spiralförmige Keilnuten besitzt, die an dem Gehäuse (21) befestigt ist;

ein Antriebszahnrad (1), das eine Bewegung von einem Motor aufnimmt;

einen Zahnkranz (2), der mit dem Antriebszahnrad (1) in Eingriff steht;

ein vorderes, epizyklisches Zahnradsystem, das

einen Planetenzahnradträger, befestigt an dem Zahnkranz (2);

einen Satz von drei oder mehr ersten Planetenzahnrädern (4), befestigt an dem Planetenträger;

aufweist;

einen zweiten Zahnkranz (3), der mit den ersten Planetenzahnrädern (4) in Eingriff steht und mit dem zylindrischen Impeller (10) verbunden ist; und

ein Sonnenzahnrad (5), das eine Längsachse besitzt und fest an der primären Traktions- und Steuerwelle (7) verbunden ist, um sich zusammen damit zu drehen und um mit den ersten Planetenzahnrädern (4) in Eingriff zu stehen, und an der Verriegelungsplatte (6) verriegelt ist;

ein Steuersystem, das aus einer Sensorfeder (9), die an dem Sonnenzahnrad (5) und an dem stationären Gehäuse eingehakt ist, besteht;

eine erste, unidirektionale Kupplung (19), die an dem zylindrischen Impeller (10) befestigt ist, um das Gehäuse (21) zu verriegeln und den zylindrischen Impeller freizugeben;

ein hinteres, epizyklisches Zahnradsystem, das Satellitenzahnräder (11);

einen Satz mit mehreren hinteren Zahnrädern (13), verbunden durch jeweilige Wellen mit den Satellitenzahnrädern (11);

einen Satz mit mehreren Schwenkarmen (16), die die hinteren Zahnräder und Wellen (13) tragen;

einen zweiten Satz mit mehreren Planetenzahnrädern (14), die mit den hinteren Zahnrädern (13) in Eingriff stehen;

aufweist;

eine Positionierungsspinne (12), die die Schwenkarme (16) und den zweiten Satz mit Planetenzahnrädern hält, wobei sich die Positionierungsspinne (12) entlang der primären Traktions- und Steuerwelle (7) durch deren Schlitze durch eine Wechselwirkung eines Stifts (55), befestigt an der Spinne, mit den Schlitzen und den Keilnuten der spiralförmigen Keilwelle (8) entfaltet;

ein zentrales Zahnrad (15), das an der Positionierungsspinne montiert ist und mit dem zweiten Satz der Planetenzahnräder (14) in Eingriff steht; und

wobei eine äußere Welle (18) an dem zentralen Zahnrad (15) befestigt ist und mit der Doppelverbindungswelle (22) in Eingriff steht, die ein Drehmoment von dem Drehmomentwandler abgibt;

dadurch gekennzeichnet, dass eine Schrägzahnstange (20) umfangsmäßig an dem zylindrischen Impeller (10) integriert ist;

wobei das System weiterhin Verbindungsstangen (17), die die Schwenkarme (16) gegeneinander stützen; und

die Satellitenzahnräder (11), die mit der Zahnstange (20) in Eingriff stehen; aufweist.
Schrägzahnstange für einen mechanischen Drehmomentwandler nach Anspruch 1, wobei die primäre Traktions- und Steuerwelle (7), das Antriebszahnrad (1), die ersten Planetenzahnräder (4), die Satelliten (11), die hinteren Zahnräder und Wellen (13), die zweiten Planetenzahnräder (14), ihre eigene Achse haben, die parallel zueinander liegen. Schrägzahnstange für einen mechanischen Drehmomentwandler nach Anspruch 1, wobei das Sonnenzahnrad (5), der Zahnkranz (2), die primäre Welle (7), die Doppelverbindungswelle (22), die Verriegelungsplatte (6), die erste unidirektionale Kupplung (19), der zylindrische Impeller (10), der zweite Zahnkranz (3), die Positionierungsspinne (12), die zentrale Keilwelle (8) und die Abtriebswelle (18) eine Achse in Längsrichtung haben, die für alle davon gemeinsam ist. Schrägzahnstange für einen mechanischen Drehmomentwandler nach Anspruch 1, wobei der zylindrische Impeller und das Satelittensystem (11) ein Zahnradsystem sind, das aufweist:

eine Schrägzahnstange (20), die umfangsmäßig an der inneren Fläche des zylindrischen Impellers (10) integriert ist;

ein Satellitenzahnradsystem, das mit der Zahnstange (20) in Eingriff steht und mit dem hinteren Zahnrad (13) und den Wellen verbunden ist, und

Verbindungsstangen (17), die die Schwenkarme (16) gegeneinander stützen.
Schrägzahnstange für einen mechanischen Drehmomentwandler nach Anspruch 1, wobei sich die Schwenkarme (16) an dem Ende der Arme der Spinne (12) schwenken und miteinander mittels der Verbindungsstangen (17) zwangsverbunden sind, um denselben Radius beizubehalten, und wobei sie mittels Feder in einem solchen Umfang vorgespannt sind, dass die Satelliten (11) in die Spitze der kürzesten (nearest) Zahnstange (20) eingreifen, die eine dreidimensionale Vektorposition, spezifisch für jede Position der Vorschubrate der Spinne (12), besitzt. Schrägzahnstange für einen mechanischen Drehmomentwandler nach Anspruch 1, wobei die Satelliten (11) mit der Zahnstange (20) in Eingriff stehen und sich zyklisch von dem Ende einer Spitze bis zu dem Beginn davon, unter spezifischen Winkelpositionen, ändern, wobei der erste und der letzte Spitzen-Zahn miteinander übereinstimmen und wobei mehrere Zahnstangenzähne weggenommen werden können, ohne die Folge zu verlieren, um mit demselben zentralen Zahnrad synchronisiert zu werden, wobei das Drehmoment auf das zweite epizyklische Zahnradsystem übertragen wird, das mit der Abtriebswelle (18) verbunden ist, und auf die Doppelverbindungswelle (22), die der Abtrieb des Drehmomentwandlers ist, übertragen wird.






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