Erfinderaktivitäten 2011 - DPMA

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Konzepte stufenloser Getriebe (CVT)
Dr. Robert Fehling, Patentabteilung 1.11
DPMA – Erfinderaktivitäten 2011
Getriebe mit stufenloser Übersetzungsänderung werden in unterschiedlichen Kraftfahrzeugmodellen
eingesetzt. Es werden drei Getriebetypen vorgestellt, deren Gemeinsamkeit die reibschlüssige Kraftübertra-
gung mit einem zwischen Antrieb und Abtrieb wirkenden Übertragungselement ist.
1 Einleitung
In der Fahrzeugtechnik werden in den letzten Jahren
verstärkt Getriebe mit stufenloser Übersetzungsän-
derung angeboten. Ein Grund hierfür ist der Komfort-
gewinn, der durch ein durchgängiges Beschleunigen
entsteht. Bei gewöhnlichen Handschaltgetrieben
muss zum Gangwechsel die Motorkraft abgekoppelt
werden. Es entsteht ein Rucken, das durch die Zug-
kraftunterbrechung hervorgerufen wird. Auf unter-
haltsame Weise wurde diese Problematik in einem
Auto-Werbespot 2001 anhand eines in der Hüfte
beweglichen „Wackel-Elvis“ zur Werbung für ein
Fahrzeug mit stufenlosem Getriebe in Szene gesetzt
[1]. Im Folgenden werden Konzepte für solche Getriebe
mit stufenloser Übersetzung (englisch: Continuous
Variable Transmission, kurz: CVT) vorgestellt.
2 Gemeinsames Grundprinzip
Allen hier vorgestellten Getriebekonzepten ist ge-
meinsam, dass es sich um reibschlüssige Getriebe
handelt. Dies bedeutet, dass die Kraftübertragung
allein durch Reibungskraft erfolgt. Es sei an dieser
Stelle angemerkt, dass formschlüssige Getriebe
(zum Beispiel Zahnradgetriebe) aus prinzipiellen
Gründen keine stufenlose Übersetzung zulassen,
wie in [2, 3] analytisch gezeigt wird.
Eine weitere Gemeinsamkeit ist, dass die Übersetzungs-
änderung auf dem gleichen Grundprinzip beruht:
Das mit der Antriebswelle des Getriebes verbundene
Antriebselement kommt mit einem Übertragungsele-
ment auf einem Radius r an in Kontakt. Die Abtriebswelle
ist mit einem Abtriebselement verbunden, das mit dem
Übertragungselement auf einem Radius r ab in Kontakt
ist. Über Verstellmittel können die Kontaktpunkte des
Übertragungselements mit den An- und Abtriebsele-
menten verändert werden, so dass sich die Radien r an
und r ab verändern. Die Übersetzung i des Getriebes
berechnet sich nach folgender Gleichung:
i = r an / r ab
Im Folgenden werden verschiedene Konzepte vor-
gestellt, bei denen dieses Grundprinzip realisiert
ist. Die Auswahl der Konzepte erfolgte anhand der
Anzahl der vorliegenden Patentdokumente. Es lag
dabei die Annahme zugrunde, dass die wirtschaft-
lich interessantesten Getriebekonzepte sich in den
höheren Anmeldezahlen widerspiegeln.
3 Toroidgetriebe
Bereits Anfang des 20. Jahrhunderts wurden die ersten
Anmeldungen zu Toroidgetrieben veröffentlicht. Das
erste Patent erschien am 01. 01. 1901 in den Vereinigten
Staaten von Amerika (US 665 355 A). Die erste deutsch-
sprachige Veröffentlichung erfolgte am 28. 12. 1903 in
Österreich (AT 14 511 B). In Zusammenhang mit einem
Automobilantrieb wird das Toroidgetriebe erstmalig
1905 in der französischen FR 352 628 A beschrieben.
Für die Funktionsbeschreibung wird jedoch auf die
aktuellere Druckschrift DE 10 2008 026 862 A1 zurück-
gegriffen. In Figur 1 ist ein Schnitt in Axialrichtung
durch das Toroidgetriebe dargestellt.
Der Antrieb erfolgt durch die Antriebswelle 13 auf
der linken Seite der Figur. Das Drehmoment wird
(1)