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Regelbares Getriebe zwischen zwei koaxial angeordneten Wellen
Die Erfindung bezieht sich auf ein regelbares Getriebe zwischen zwei koaxial angeordneten Wellen, das zwei gleichfalls koaxial zu den erwähnten Wellen angeordnete Körper mit ringförmigen Laufflächen. die im axialen Querschnitt ein konkaves Profil aufweisen, und einen zwischen den erwähnten Körpern an- geordneten Käfig enthält, in dem sich in gleichen Abständen voneinander und von der Getriebeachse diese umgebende, als Übertragungsglieder dienende Kugeln befinden, wobei eines der von den Körpern und dem Käfig gebildeten Elemente mit der Antriebswelle und ein zweites mit der Abtriebswelle gekuppelt ist, während das dritte Element stillsteht oder auch umläuft, wobei diese Laufflächen im axialen Querschnitt einen grösseren Krümmungshalbmesser als die Kugeln haben und Mittel vorgesehen sind,
um durch Kippen mindestens einer der Laufflächen den Abstand der Kontaktpunkte der Kugeln mit einer Lauffläche und den Abstand der KontaktpunktederKugeln mit der andern Lauffläche von der Getriebeachse in entgegengesetztem Sinne zu ändern.
Es ist bekannt, bei solchen Getrieben Rotationskörper zu verwenden, die nur zu einer Achse drehsymmetrisch sind. Namentlich finden zylindrische oder tonnenförmige Körper Verwendung. Diese Rotationskörper sind mit Hilfe einer Welle im zugeordneten Käfig befestigt. Auf diese Weise können sie eine umlaufende Bewegung um ihre eigene Drehachse im Käfig durchführen. Das Übersetzungsverhältnis ergibt sich bei diesem Getriebe durch eine relative axiale Verschiebung des Käfigs in bezug auf die Laufflächen. Hiedurch wird der Abstand der Berührungspunkte der Rotationskörper mit einer Lauffläche von der Getriebeachse kleiner. während der Abstand der Berührungspunkte der Rotationskörper mit der andern Lauffläche von der Achse grösser wird.
Der Nachteil dieser bekannten Getriebe ist der, dass an den Rotationskörpern Kräfte in axialer und in radialer Richtung auftreten können, die auf diese Körper ein verhältnismässig grosses Moment ausüben können. Solche Momente können in den Lagern, durch die die Rotationskörper im Käfig abgestützt sind, grosse Reibungsverluste herbeiführen. Weiter veranlasst dieses Moment infolge der sowohl auf die Rotationskörper als auch auf den Käfig ausgeübten Kräfte einen schweren und komplizierten Bau.
Es ist auch bekannt, als Übertragungsglieder Kugeln zu verwenden und diese zwischen zwei schalenförmigen, elastisch verformbaren Körpern mit ringförmigen Laufflächen zu lagern. Diese Körper sind mit der Antriebswelle bzw. mit der Abtriebswelle drehfest verbunden. Die Halterung des einen Körpers erfolgt bei einem kleinen Radius, die des andern bei einem grossen Radius. Durch axiales Gegeneinanderdrücken beider Körper werden diese verformt, es ändern sich die Radien der Berührungspunkte mit den Kugeln und damit ändert sich auch das Übersetzungsverhältnis.
Die Andruckkräfte müssen für jedes Übersetzungsverhältnis einen andern Wert haben und dabei stets grösser sein als die Minimaldruckkraft, die für die Übertragung des Drehmomentes erforderlich ist. Jede Vergrösserung der Andruckkraft zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses erhöht die Reibungsverluste.
Um die Grösse der Andruckkräfte zu beschränken, darf die Starrheit der Laufflächen nicht zu gross oder die Verformung der Lauffläche nur klein sein. Die Starrheit der Lauffläche soll aber in bezug auf das zu übertragende Moment und die Stabilität des Getriebes ziemlich gross sein, so dass man die Verformung klein halten muss. Dadurch wird allerdings die Einstellbarkeit bzw. Reproduzierbarkeit eines bestimmten Übersetzungsverhältnisses ungenau. Ausserdem ist der Bereich der einstellbarenübersetzungsverhältnisse klein.
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Das Getriebe nach der Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu beheben. Zu diesem Zweck weist es das Merkmal auf, dass Mittel, wie z. B. Schraubenspindeln, hydraulische oder pneumatische Systeme, einstellbare Federn, vorgesehen sind, die an den kippbaren Körpern mit Laufflächen in mindestens zwei ringförmigen und konzentrisch mit der Getriebeachse liegenden Zonen von verschiedenen Durchmessern mit gleichmässig verteilten Kräften angreifen, wobei die zwischen den Kugeln und den Laufflächen herrschenden Andruckkräfte unabhängig von den durch die erwähnten Mittel ausgeübten Kräfte änderbar sind.
Die meist aus Stahl bestehenden Kugeln sind im Käfig und zwischen den zwei Körpern eingeschlossen. Sie können in bezug auf den Käfig praktisch keine radiale und tangentiale Verschiebung erfahren. Die Laufflächen werden im Betrieb des Getriebes an die Kugeln angedrückt. Dabei hat jede der Kugeln mit jeder der Laufflächen wenigstens theoretisch nur Punktberührung. Die Kugeln stellen sich bei jedem Übersetzungsverhältnis so ein, dass die Resultierende der in den Berührungspunkten auf jede Kugel ausge - übten axialen und radialen Kräfte annähernd durch deren Mittelpunkt geht. Weil diese Kräfte in den beiden Berührungspunkten jeder Kugel gleich gross sind und diese Punkte diametral in bezug auf den Mittelpunkt der betreffenden Kugel liegen, sind die Kräfte miteinander im Gleichgewicht.
Das mit der Antriebswelle gekuppelte Element, somit entweder eine. der Laufflächen oder der Käfig, ist bestrebt, die Kugeln durch auf sie ausgeübte Tangentialkräfte mitzunehmen. Weil die Kugeln von einem der beiden andern Elemente, daran gehindert werden, fängt jede Kugel an, um eine Achse zu rotieren, die senk-
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der Fall, dass sämtliche drei Elemente umlaufen, ausser Betracht gelassen. Wenn der Käfig umläuft, haben die Kugeln ausser einer Umlaufbewegung um die erwähnte senkrecht auf der Verbindungslinie der Berührungspunkte stehende Achse auch eine Umlaufbewegung zusammen mit dem Käfig um die Getriebeachse. Wie erwähnt, ist mindestens einer der die Laufflächen enthaltenden Körper elastisch verformbar. Infolgedessen ist es möglich, die betreffende Lauffläche etwas zu kippen.
Wenn ein Kippen auftritt, wird das bestehende Gleichgewicht der auf die Kugeln einwirkenden Kräfte gestört. Die Kugeln ändern infolgedessen ihre Lagen derart, dass die Berührungspunkte jeder Kugel mit den Laufflächen erneut diametral in bezug auf den Mittelpunkt der betreffenden Kugel einander gegenüberliegen. Die auf jede der Kugeln einwirkenden resultierenden Kräfte in axialer und radialer Richtung des Getriebes kommen dabei wieder ins Gleichgewicht.
Ein Kippen einer Lauffläche ergibt sich dadurch, dass auf zwei in radialer Richtung in bezug aufeinander versetzte ringförmige Zonen des mit einer Lauffläche versehenen betreffendenverformbarenKör- pers über geeignete Mittel Kräftesysteme einwirken. Dies kann z. B. mittels einer Kombination eines Systems von Tellerfedern und eines hydraulischen Systems erfolgen. An Stelle eines hydraulischen Systems ist es auch möglich, ein mechanisches System. zu verwenden.
Durch die auf die Körper mit ringförmigen Laufflächen ausgeübten Kräfte werden diese Körper elastisch verformt. Infolge dieser Verformung wird die betreffende Lauffläche gekippt. Im allgemeinen ist es vorteilhaft, wenn bereits bei einer geringen Kippbewegung der Laufflächen die erwünschte Wirkung, d. h. die Änderung des Abstandes der Berührungspunkte der Laufflächen mit den Kugeln von der Getriebeachse. erreicht wird.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Getriebes nach der Erfindung weist das Merkmal auf, dass mindestens einer der Körper mit Lauffläche mittels einer gelenkigen Verbindung mit den erwähnten Mitteln verbunden ist und in bezug auf die Lage, die er einnimmt, wenn auf ihn keine von den erwähnten Mitteln herrührenden Kräfte ausgeübt werden, in zwei Richtungen kippbar ist.
Die zum Verformen der Körper erforderlichen Kräfte nehmen mit Zunahme der Verformung zu. Weil der Körper in bezug auf die Lage, die er einnimmt, wenn auf ihn keine von den erwähnten Kräftesystemen herrührenden Kräfte ausgeübt werden, in zwei Richtungen kippbar ist. können diese Körper so ausgebildet werden, dass mittels einer geringen Verformung ein grosser Übersetzungsbereich bestrichen werden kann. Hiebei kippt der Körper in beiden Richtungen um das gleiche Mass. In diesem Falle wird mit einer bestimmten zulässigen Verformung ein ebenso grosser Bereich von Übersetzungsverhältnissen überstrichen, wie nur mit zweifacher Verformung möglich wäre, wenn der Körper nur in einer Richtung kippbar wäre.
Auf einen in zwei Richtungen kippbaren Körper müssen, um ihn in zwei Richtungen kippen zu lassen, die resultierenden Kräfte. die bei einer Kippbewegung in einer Richtung und bei einer Kippbewegung in der andern Richtung auf den Körper einwirken, in entgegengesetzten Richtungen wirken.
- Eine vorteilhafte Ausführungsform des Getriebes nach der Erfindung weist das Merkmal auf, dass an jedem der einander zugekehrten Wellenenden einer der Körper mit ringförmiger Lauffläche befestigt ist.
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Zwischen diesen Körpern befindet sich der Käfig, der gegen Rotation gesichert ist. Hiebei ist nur einer der Körper mit ringförmiger Lauffläche mittels einer gelenkigen Befestigung an der betreffenden Welle kippbar angeordnet und es wirken auf diesen Körper ausser den in dieser gelenkigen Befestigung auftre- tenden Kräften zwei weitere Kräftesysteme ein. Eines dieser KiäfLesysteme rührt von dem zwischen den
Kugeln und der betreffenden Lauffläche herrschenden Flächendruck her, wogegen das andere Kräftesystem aus der Kraft einer Feder und aus der entgegengesetzt gerichteten Kraft eines hydraulisch betätigbaren kolbenartigen Körpers zusammengesetzt ist.
Hiedurch wird, obgleich nur eine der Laufflächen kippbar ist, dennoch erreicht, dass bei Änderung des Abstandes der Berührungspunkte der Kugeln mit einer Lauffläche von der Achse auch der Abstand der
Berührungspunkte der Kugeln mit der ändern Lauffläche von der Achse (in entgegengesetzter Richtung) ge- ändert wird.
Es besteht die Möglichkeit, zwei oder mehrere Getriebe nach der Erfindung in Reihe zu schalten.
Eine Ausführungsform einer solchen Kombination weist das Merkmal auf, dass die Antriebswelle jedes nachfolgenden Getriebes der Reihe aus der Abtriebswelle des vorangehenden Getriebes besteht. Der Vor- teil dieser Kombination ist der, dass das Übersetzungsverhältnis das Produkt aus den Übersetzungsverhält- nissen der gekuppelten einfachen Getriebe ist. Ein weiterer Vorteil ist der, dass, wenn die Kombination eine gerade Zahl von Getrieben nach der Erfindung enthält, die Eingangswelle und die Ausgangswelle im gleichen Sinn umlaufen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform einer solchen Kombination, die zwei in Reihe geschaltete Getrie- be enthält, weist das Merkmal auf, dass zwischen der Antriebswelle und der getriebenen Welle der Kom- bination zwei Käfige angeordnet sind. Diese Käfige befinden sich je zwischen zwei Körpern mit konka- ver Lauffläche. Die an den der Antriebswelle und der getriebenen Welle zunächstliegenden Körper sind starr ausgebildet und je mit der betreffenden Welle verbunden. Die zwischen den beiden Käfigen befind- lichen Körper sind dagegen durch einen starren Bauteil miteinander verbunden, wobei einer dieser Kör- per mit dem ringförmigen Innenumfang an diesem Bauteil befestigt ist und der Aussenumfang dieses Kör- pers mit einem hydraulisch betätigbaren Kolbensystem in Wirkverbindung steht.
An Hand der Zeichnung ist nachstehend die Wirkungsweise des Getriebes näher erläutert.
In Fig. 1 ist das Prinzip des Getriebes nach der Erfindung in radialem Schnitt, in Fig. 2 im Querschnitt gemäss Linie I-I in Fig. 1 dargestellt. In den Fig. 3 und 4 ist das Prinzip des Getriebes für sol- ehe Lagen der Laufflächen dargestellt, bei denen das Übersetzungsverhältnis kleiner bzw. grösser als eins ist. In Fig. 5 ist eine Ausführungsform des Getriebes schematisch dargestellt, bei der nur eine Lauffläche kippbar ist. In dieser Figur ist die kippbare Lauffläche in einer Lage dargestellt, in der das Übersetzungsverhältnis von eins abweicht. In den Fig. 6 und 7 ist eine Ausführungsform des Getriebes nach der Erfindung in einem Schnitt längs einer die Getriebeachse enthaltenden Ebene bzw. in einem Schnitt senkrecht zu dieser Achse dargestellt.
In Fig. 8 ist eine Ausführungsform eines Getriebes, das zwei in Reihe geschaltete Getriebe nach der Erfindung enthält, in einem Schnitt gemäss einer die Getriebeachse enthaltenden Ebene dargestellt. In Fig. 9 und 9a-9d ist schematisch das Prinzip des Getriebes nach Fig. 8 in verschiedenen Lagen dargestellt. In Fig. 10 ist das hydraulische System, durch das das Getriebe nach Fig. 8 geregelt wird dargestellt.
In den Fig. 1 und 2 ist das Prinzip des Getriebes schematisch dargestellt. Die koaxial angeordneten Wellen sind mit 1 und 2 bezeichnet. Die Antriebswelle 1 trägt einen Flansch 3. Auf diesem Flansch 3 ist der ringförmige Körper 4, der die konkave Lauffläche 5 mit dem Krümmungsmittelpunkt 20 enthält, derart angeordnet, dass dieser Körper in Drehrichtung starr mit dem Flansch 3 verbunden, in axialer Richtung jedoch in bezug auf den Flansch 3 etwas kippbar ist. Die getriebene Welle 2 ist mit einem Flansch 6 versehen, der gleichfalls einen ringförmigen Körper 7 mit einer konkaven Lauffläche 8 und einem Krümmungsmittelpunkt 21 trägt. Zwischen dem ringförmigen Körper 7 und dem Flansch 6 besteht eine ähnliche Verbindung wie zwischen dem ringförmigen Körper 4 und dem Flansch 3.
Zwischen den erwähnten Wellen 1 und 2 und den Flanschen 3 und 6 ist ein Käfig 9 angeordnet, der gegen Rotation gesichert ist.
Dies ist in der Zeichnung durch eine Keilverbindung 10 zwischen dem Käfig 9 und den Wänden 11 des nur teilweise dargestellten Gehäuses des Getriebes angegeben. Im Käfig 9 sind Bohrungen 12,13, 14 und 15 vorgesehen, in denen Stahlkugeln 16,17, 18 und 19 aufgenommen sind. Die dargestellte Ausführungsform enthält vier Kugeln. Es dürfte einleuchten, dass nach dem gleichen Prinzip auch Getriebe mit andern Kugelzahlen herstellbar sind. Die Körper 4 und 7 sind derart gestaltet, dass sie elastisch verformbar sind. Die Laufflächen 5 und 8 auf diesen Körpern haben einen Krümmungshalbmesser, der um 40/0 grösser ist als derjenige der Kugeln 16, 17,18 und 19. Im Betrieb des Getriebes berührt jede der Kugeln 16, 17, 18 und 19 beide Laufflächen 5 und 8.
Auf die elastisch verformbaren Körper 4 und 7 wirken in ringför-
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mit etwas Spiel befestigt ist. Infolge dieses Spieles kann der Körper 104 in axialer Richtung kippen, sich jedoch nicht in bezug auf die Welle 101 drehen. Der Stahlkörper 104 ist an einer Seite mit einer ringförmigen, die Welle umgebenden Lauffläche 105 versehen, die in einem Schnitt gemäss einer die Getriebeachse enthaltenden Ebene konkav gestaltet ist. Infolge seiner Gestaltung ist dieser Körper, wenn auf ihn Kräfte ausgeübt werden, elastisch. Die Lauffläche 105 nimmt dabei die Lagen ein, die bereits in den Fig. 1-5 angegeben sind.
Der Aussenumfang des Körpers 104 ist mit einer Gewindeverbindung 117, gleichfalls mit etwas Spiel, mit einem mantelförmigen Bauteil 118 verbunden, der mit einer starren Gewindeverbindung mit dem kolbenförmigen Körper 113 verbunden ist. Zwischen dem Flansch 103 der Welle 101 und dem kolbenförmigen Körper 113 ist ein System 119 von Tellerfedern vorgesehen. Das System 119 ruht an einem Ende am Flansch 103 und am andern Ende über einen ringförmigen Körper 120 an den Stellschrauben 121, die sich im kolbenförmigen Körper 113 befinden. Das Federnsystem 119 wird unter Vorspannung im Getriebe angebracht, wobei die von diesem System gelieferten Kräfte über den kolbenförmigen Körper 113 und den mantelförmigen Bauteil 118 auf den Aussenumfang des Körpers 104 übertragen werden.
Unter der Einwirkung dieser Kräfte erfährt dieser Körper eine Kippbewegung um die Gewindeverbindung 116 nach rechts. Infolgedessen nehmen die Kugeln 136, 137, 138, 139 und 140 eine derartige Lage ein, dass sie die Lauffläche 105 in den Punkten EI berühren.
Die Welle 101 mit den an ihr befestigten Teilen ist mittels des Rollenlagers 122 im Teil 123 des zweiteiligen Getriebegehäuses abgestützt. Das Rollenlager 122 ist in bezug auf die Welle 101 durch die Mutter 124 und in bezug auf das Gehäuse des Getriebes durch die ringförmige Scheibe 125 gesichert. Die
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aus den Teilen 129 und 130 besteht, ist durch Nasen 110 im Teil 123 des Gehäuses gegen Rotation um die Achse X-X gesichert. Der Käfig 109 kann sich aber in axialer Richtung etwas verschieben. Die zwei Teile 129 und 130 sind mit Bohrungen 131,132, 133, 134 und 135 versehen, in denen die bereits erwähnten Kugeln 136, 137, 138, 139 und 140 untergebracht sind. Nachdem die Kugeln in den Bohrungen untergebracht sind, werden die Teile 129 und 130 des Käfigs 109 mit Hilfe der Bolzen 141 starr miteinander verbunden.
Der Teil 129 ist mit dem Ansatz 128 versehen, der mit einer Schiebepassung in die Welle 101 aufgenommen ist. Im Teil 128 befindet sich eine Bohrung 142. die an einem Ende über den Kanal 143 in der Welle 101 mit einem Raum 144 in Verbindung steht, der sich zwischen dem Körper 112 und dem kolbenförmigen Körper 113 befindet. In den Käfig 109 ist ein rohrförmiger Körper 145 eingeschraubt. Dieser rohrförmige Körper hat eine Bohrung 146, die unmittelbar an die Bohrung 142 anschliesst.
Durch Die Bohrungen 146 und 142 hindurch kann dem Raum 144 eine Flüssigkeit unter Druck zugeführt werden. Eine Dichtung 147 sorgt dafür, dass über den Käfig 109 und den Körper 145 keine Flüssigkeit z. B.
Öl abfliessen kann. Durch den im Raum 144 erzeugten Druck wird auf den kolbenförmigen Körper 113 eine Kraft nach links ausgeübt. Diese Kraft. die somit der durch die Federn gelieferten Kraft entgegenwirkt, wird über den mantelförmigen Bauteil 118 auf den Aussenumfang des Körpers 104 übertragen, wodurch dieser Körper nach links kippt. Je nach der Grösse des Flüssigkeitsdruckes im Raum 144 stellt sich der Berührungspunkt der Kugeln mit der Lauffläche 105 im Bereich zwischen den Punkten Ei und Eg ein.
Der Teil 130 des Käfigs 109 ist mit einem zapfenförmigen Körper 148 versehen, der von einem Nadellager 149 umgeben wird. Durch dieses Nadellager wird die getriebene Welle 102 abgestützt. Die Welle 102 ist am Ende mit einem nicht verformbaren Flansch 106 versehen, an dem sich die Lauffläche 108 befindet, die die Achse X-X ringförmig umgibt und in einem Schnitt gemäss einer diese Achse enthaltenden Ebene konkav ist. An der Welle 102 ist weiter ein Kugellager 150 befestigt. Der Innenring dieses
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le 102 kann somit eine Axialbewegung durchführen. Das Kugellager 150 ist mit dem ringförmigen Körper 152 im Teil 153 des Gehäuses des Getriebes aufgenommen. Der Teil 153 hat eine teilweise zylindrische Innenfläche, in der der kolbenförmige Körper 154 bewegbar ist. Der kolbenförmige Körper 154 liegt über das axiale Drucklager 155 am Flansch 106 der Welle 102 an.
Die Abdichtung zwischen dem kolbenförmigen Körper 154 und dem Teil 153 des Gehäuses ergibt sich durch die Dichtungsringe 156 und 157. Der Raum 158 zwischen dem kolbenförmigen Körper 154 und dem Gehäuse 153 steht durch einen Kanal 159 mit dem Raum ausserhalb des Getriebes in Verbindung. Durch den Kanal 159 kann eine Flüssigkeit unter Druck dem Raum 158 zugeführt werden. Der Flüssigkeitsdruck im Raum 158 übt auf den Kolben 154 eine Kraft aus, die über das Drucklager 155 auf den Flansch 106 übertragen wird. Infolgedessen werden die Laufflächen an die Kugeln angedrückt. Mit Hilfe der Bolzen 160 ist das Getriebe auf den Balken 161 und 162 montiert.
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Die Wirkungsweise des Getriebes ist folgende : Dadurch, dass das Federsystem 119 unter Vorspan- nung, zwischen dem Flansch 103 und dem kolbenförmigen Körper 113 eingeschlossen ist, wird auf diesen
Körper 113 eine Kraft nach rechts ausgeübt. Diese Kraft wird über den Bauteil 118 auf den Aussenumfang des Stahlkörpers 104 übertragen. Durch diese Kraft und die zwischen den Kugeln und der Lauffläche herrschende Andruckkraft wird der Körper etwas elastisch verformt, wodurch die Lauffläche 105 nach rechts gekippt wird. Die Kugeln nehmen dabei eine derartige Lage ein, dass sie die Laufflächen 105 und
108 in den Punkten Ei bzw. Fi (die den Punkten A" und D" in Fig. 4 entsprechen) berühren.
Wird dann durch die Kanäle 146, 142 und 143 dem Raum 144 eine Flüssigkeit unter Druck zugeführt, so wird auf den kolbenförmigen Körper 113 ein Druck nach links ausgeübt, der somit dem vorher herrschenden Druck entgegengesetzt gerichtet ist. Dies hat zur Folge, dass die auf den Aussenumfang des Körpers 104 einwir- kenden Kräfte kleiner werden. Infolgedessen wird die elastische Verformung auch kleiner, so dass die
Lauffläche 105 in bezug auf die erwähnte Lage dieser Lauffläche nach links gekippt wird. Im Zustand, in dem die elastische Verformung völlig zunichte gemacht ist, hat die Lauffläche 105 eine derartige Lage, dass die Kugeln die Laufflächen 105 und-108 in den Punkten E, bzw. F, berühren. Das Übersetzungsverhältnis ist dann gleich dem Wert 1 (s. in Fig. 1 die Punkte A und D).
Wird der Druck im Raum 144 weiter gesteigert, so werden die auf den Aussenumfang des Körpers 104 ausgeübten und nach links wirken- den Kräfte grösser. Der Körper 104 wird dabei wieder elastisch verformt, wobei die Lauffläche 105 weiter nach links gekippt wird. Die Kugeln nehmen dann die Lage ein, bei der sie die Laufflächen 105 und 108 in den Punkten Eg bzw. Fg berühren. Das Übersetzungsverhältnis ist in diesem Falle kleiner als der Wert 1 (S. in Fig. 3 die Punkte A'und D'. ) In Fig. 6 sind nur drei Lagen der Lauffläche 105 angegeben, es dürfte jedoch einleuchten, dass, wenn der Flüssigkeitsdruck kontinuierlich gesteigert wird, die Laufflä- che 105 sämtliche Lagen zwischen den Lagen, bei denen sich die Kugeln und die Laufflächen in den Punkren Ei und Eg berühren, durchläuft.
Bei der geschilderten Ausführungsform haben die Antriebswelle und die getriebene Welle entgegengesetzte Drehrichtungen. Dadurch, dass eine gerade Zahl dieser Getriebe in Reihe geschaltet wird, ist es möglich, der Antriebswelle und der getriebenen Welle die gleiche Drehrichtung zu erteilen. Hiedurch wird auch erreicht, dass das Übersetzungsverhältnis das Produkt aus den Übersetzungsverhältnissen der gekuppelten Getriebe ist.
EineAusführungsform eines solchen Getriebes, bei der zwei Getriebe nach der Erfindung in Reihe geschaltet sind, ist in Fig. 8 dargestellt. Die Antriebswelle ist mit 201 bezeichnet und wird durch ein Rollenlager 222 im Teil 223 des Getriebegehäuses abgestützt. Der Innenring des Rollenlager 222 ist durch die Mutter 224 auf der Welle festgesetzt, wogegen der Aussenring in bezug auf den Teil 223 des Getriebegehäuses durch den ringförmigen Körper 225 festgesetzt ist. Die Antriebswelle 201 ist mit einem unverformbaren flanschförmigen Körper 226 versehen, der eine die Welle ringförmig. umgebende konkave Lauffläche 227 besitzt. Diese Lauffläche ist im Betrieb des Getriebes mit den Kugeln228 in Berührung, die in ringförmigen Aussparungen in einem Käfig 229 eingeschlossen sind.
Der Käfig 229 ist mittels einer nicht dargestellten Keilverbindung in bezug auf den Teil 230 des Getriebegehäuses gegen Rotation um die Achse X-X des Getriebes gesichert. Der Käfig229 besteht aus den Teilen 231 und 232, die starr miteinander verbunden sind. Der Teil 232 ist mit einem Ansatz 233 versehen. Der kolbenförmige Körper 234 ist mit einem nabenförmigen Körper versehen, in dem Bohrungen 235 und 236 angebracht sind. Der kolbenförmige Körper 234 ruht an einem Ende auf dem Ansatz 233, der zu diesem Zweck in der Bohrung 235 aufgenommen ist. Zur Abdichtung zwischen den Berührungsflächen des Ansatzes 233 und der Innenfläche der Bohrung 235 ist ein Dichtungsring 237 vorgesehen. An der Nabe des kolbenförmigen Körpers 234 ist durch eine Gewindeverbindung 238 der Bauteil 239 starr befestigt.
Zwischen dem Bauteil 239 und dem als Mutter wirksamen Körper 240 ist der Teil 241 des ringförmigen elastisch verformbaren Körpers 242 befestigt. Diese Befestigung ist derartig, dass eine geringe Kippbewegung des Körpers 242 möglich ist. Der Körper 242 ist am ringförmigen Aussenumfang mit einem nockenförmigen vorstehenden Teil 243 versehen, der zwischen dem Bauteil244 und einem mantelartigenKörper245 eingeklemmt ist. Der Bauteil 244 und der mantelförmige Körper 245 sind starr miteinander verbunden. Auch diese Einklemmung ist derartig, dass eine geringe Kippbewegung des Körpers 242 möglich ist.
Am mantelförmigen Körper 245 ist mit einer starren Gewindeverbindung 246 der Bauteil 247 befestigt. Der Bauteil 247 ist über eine Gewindeverbindung248 mit dem Körper 249 verbunden. Das Getriebe enthält weiter den elastisch verfcrmbaren ringförmigen Körper 250, der am ringförmigen Innenumfang mit einem nockenförmig vorstehenden Teil 251 und am ringförmigen Aussenumfang mit einem nockenförmig vorstehenden Teil 252 versehen ist. Der Teil 251 ist zwischen den Bauteilen 247 und 249 derart eingeklemmt. Dass der Körper 250 in bezug auf diese Teile kippbar ist. Der Teil 252 ist zwischen den
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ringförmigen Bauteilen 253 und 254 eingeklemmt, die durch die Bolzen- und Mutterverbindung 255 starr miteinander verbunden sind. Der Körper 250 kann auch in bezug auf diese ringförmigen Bauteile eine kleine Kippbewegung durchführen.
Infolge der Bolzen- und Mutterverbindung 255 sind die ringförmigen
Bauteile 253 und 254 gleichfalls starr mit dem Bauteil 256 verbunden. Am Bauteil 256 ist mit einer star- ren Gewindeverbindung 257 der Bauteil 258 befestigt, der eine zylindrische Innenoberfläche hat. Diese zylindrische Innenfläche wirkt mit der zylindrischen Aussenoberfläche des kolbenförmigen Körpers 234 zusammen, wobei die Dichtungsringe 259,260 und 261 die Abdichtung besorgen. Der kolbenförmige
Körper 234 ist mit der zylindrischen Innenoberfläche der Bohrung 236 auf dem vorstehenden Teil 262 des
Käfigs 263 gelagert. Die Abdichtung zwischen der Innenoberfläche der Bohrung 236 und der Aussenober- fläche des Teiles 262 wird vom Dichtungsring 264 besorgt.
Der Käfig 263 ist aus den starr miteinander verbundenen Teilen 265 und 266 aufgebaut und durch eine nicht dargestellte keilförmige Verbindung in bezug auf den Teil 230 des Getriebegehäuses gegen Rotation um die Achse X-X gesichert. In Aussparun- gen im Käfig 263 sind Kugeln 267 aufgenommen, die auf einer Seite mit der Lauffläche 268 des elastisch verformbaren Körpers 250 und auf der andern Seite mit der Lauffläche 269 des unverformbaren flansch- förmigen Körpers 270 in Berührung sind, der mit der getriebenen Welle 202 ein Ganzes bildet. Die ge- triebene Welle 202 ist vom Kugellager 271 in bezug auf den Teil 272 des Getriebegehäuses abgestützt.
Der Innenring 273 des Kugellagers 271 ist in bezug auf die Antriebswelle 202 durch die Mutter 274 fest- gesetzt.
Der Aussenring 275 dieses Kugellagers ist im ringförmigen Bauteil 276 aufgenommen, der gegen
Rotation um die Achse X-X gesichert ist. Der Teil 272 des Getriebegehäuses ist mit einer zylindrischen
Innenoberfläche versehen, mit der der kolbenförmige Körper 277 zusammenarbeitet. Die Abdichtung zwischen dem kolbenförmigen Körper 277 und dem Teil 272 des Getriebegehäuses besorgen die Dich- tungsringe 278 und 279. Der kolbenförmige Körper 277 ruht über das axiale Drucklager 280 am flansch- förmigen Körper 270.
Der Teil 272 des Getriebegehäuses ist mit einem Kanal 281 versehen, der in den Raum mündet, der sich zwischen dem Teil 272 des Gehäuses und dem kolbenförmigen Körper 277 befindet, wobei der Ka- nal281 an eine Leitung angeschlossen werden kann, die mit einer nicht dargestellten Anlage, die öl unter Druck liefert, verbunden ist. Der Raum III zwischen dem kolbenförmigen Körper 234 und dem Bauteil 258 ist durch den Kanal 282 mit dem Raum ausserhalb des Getriebes verbunden und kann an eine Öldruckleitung ingeschlossen werden. Der Raum II zwischen dem kolbenförmigen Körper 234 und dem Bauteil 256 steht über den Kanal 283 im Käfig 263 gleichfalls mit dem Raum ausserhalb des Getriebes in Verbindung und kann gleichfalls an eine Öldruckleitung angeschlossen werden.
Die Wirkungsweise des Getriebes wird an Hand der Fig. 9 und 10 näher erläutert.
In Fig. 9 und den Fig. 9a-9d ist der verstellbare Teil des Getriebes schematisch in mehreren Lagen dargestellt. Fig. 10 zeigt das hydraulische System, mittels dessen den Räumen II und III Öl zugeführt werden kann. Die Ölzufuhreinrichtung 284, die hier als eine Zahnradölpumpe dargestellt ist, erhält Öl aus der Leitung 285 und drückt es in die Leitung 286 hinein. Der Regelschieber 287 kannso eingestellt werden, dass das Ölentweder dem Raum II oder dem Raum III zugeführt wird. Der Regelschieber ist jedoch auch so einstellbar, dass keinem dieser Räume Öl zugeführt wird.
Bei Betrieb der Getriebekombination wird durch den Kanal 281 Öl unter Druck dem Getrieberaum zugeführt, der vom Teil 272 des Getriebegehäuses und dem kolbenförmigen Körper 277 begrenzt wird.
Infolgedessen wird auf den kolbenförmigen Körper eine Kraft nach links ausgeübt, die vom Kugellager 280 auf den flanschförmigen Körper 270 übertragen wird. Hiedurch wird die Lauffläche 269 an die Kugeln 267 angedrückt. Weil die Kugeln und die kippbaren Körper 250 und 242 zwischen den flanschförmigen Körpern 270 und 226 aufgenommen und die kippbaren Körper 250 und 242 über dem Teil 245 mit einander verbunden sind, tritt der von der Lauffläche 269 auf die Kugeln 267 ausgeübte Druck auch zwischen den Kugeln 267 und dem kippbaren Körper 250 und zwischen den Kugeln 228 und den Laufflächen 220 und 227 auf.
Wenn in den Räumen II und III der gleiche Druck herrscht, werden auf die kippbaren Körper 242 und 250 nur die zwischen den Kugeln und Laufflächen herrschenden Andrückkräfte R ausgeübt. Durch diese Andrückkraft R werden die Körper 242 und 250 etwas gekippt, wie dies in Fig. 9a dargestellt ist. Das Übersetzungsverhältnis ist in diesem Falle, weil die Welle 201 die Antriebswelle ist, kleiner als eins.
Der Druck im Raum 1I wird dadurch gesteigert, dass der Regelschieber 287 so verschoben wird, dass die Leitung 286 mit diesem Raum II in Verbindung gelangt.. Infolgedessen wird auf den Bauteil 256 eine Kraft nach rechts und auf den kolbenförmigen Körper 234 eine Kraft nach links ausgeübt. Diese Kräfte werden auf den Aussenumfang des Körpers 250 und den Innenumfang des Körpers 242 übertragen. Wenn der Druck im Raum II so hoch ist, dass die Kräfte die auf die Körper 242 und 250 ausgeübt werden. gleich
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so ein, dass sie die Laufflächen 227 und 269 in den Punkten F2 bzw. H2 berühren. Diese Berührungspunk- te F,,E, G undH liegen sämtlich im gleichen Abstand. von der Achse X-X des Getriebes, so dass in diesem Falle die Wellen 201 und 202 die gleiche Umlaufgeschwindigkeit haben.
Durch weitere Steigerung des Druckes im Raum II nehmen die auf den Aussenumfang bzw. Innenum- fang der kippbaren Körper 250 bzw. 242 ausgeübten Kräfte zu, wodurch diese Körper weiter gekippt wer- den. Wenn der Druck im Raum II maximal ist, ist die auf die kippbaren Körper ausgeübte Kraft gleich der Kraft K, die für die maximale Kippbewegung der Körper 242 und 250 aus der Ruhelage erforderlich ist, vermehrt um die Andrückkraft R. In diesem Falle nehmen die kippbaren Körper die in Fig. 9c dar- gestellte Lage ein, wobei die Kugeln diese Körper in den Punkten EI bzw. G berühren. Die Kugeln ha- ben sich dabei so eingestellt, dass sie die Laufflächen 227 und 269 in den Punkten FI bzw. H, berühren.
Das Übersetzungsverhältnis ist in diesem Falle grösser als eins.
Wenn der Regelschieber 287 jetzt so verschoben wird, dass die Verbindung zwischen der Leitung 286 und dem Raum II unterbrochen und zu gleicher Zeit die Verbindung zwischen der Leitung 286 und dem
Raum III hergestellt wird, so fällt der Druck im Raum H weg, wodurch die Körper 242 und 250 nicht län- ger gekippt werden. Durch Steigerung des Druckes im Raum III werden jetzt auf den Aussenumfang des
Körpers 250 und den Innenumfang des Körpers 242 Kräfte ausgeübt, die den im vorstehend erläuterten Fall auftretenden Kräften entgegengesetzt gerichtet sind. Die Körper 242 und 250 werden jetzt in bezug auf die neutrale Lage in die andere Richtung gekippt. Um diese Körper in die äusserste Kipplage zu bringen, muss auf den Aussenumfang des Körpers 250 und den Innenumfang des Körpers 242 allein die maximale Verformungskraft K ausgeübt werden (Fig. 9d).
Im Raum III muss somit, um diese Kippung herbeizuführen, ein Druck herrschen, der niedriger als der Druck ist, der bei maximaler Kippung dieser Körper in der andern Richtung im Raum II herrscht. Weil die Räume Il und III von der gleichen Zahnradpumpe gespeist werden, muss der Raum III über eine Leitung 288 mit dem Raum II in Verbindung stehen. In der Leitung 288 ist ein Ventil angebracht, das geöffnet wird, sobald der Druck im Raum in höher als der Druck wird, der auf die Körper eine Kraft K ausübt. Hiedurch wird verhütet, dass der Druck im Raum III zu hoch wird, so dass die Körper 242 und 250 übermässigen Kräften ausgesetzt werden und Schaden erleiden. Wenn auf die Körper 242 und 250 die Kräfte K ausgeübt werden, so nehmen diese Körper die in Fig. 9d dargestellte Lage ein.
Die Kugeln sind dabei mit diesen Laufflächen in den Punkten Es und Gg in Berührung, während sie sich so eingestellt haben, dass sich die Laufflächen 227 und 269 in den Punkten Fg bzw. Hg berühren. Das Übersetzungsverhältnis ist in diesem Falle kleiner als eins.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Regelbares Getriebe zwischen zwei koaxial angeordneten Wellen, das zwei gleichfalls koaxial zu den erwähnten Wellen angeordnete Körper mit ringförmigen Laufflächen, die im axialen Querschnitt ein konkaves Profil aufweisen, und einen zwischen den erwähnten Körpern angeordneten Käfig enthält, in dem sich in gleichen Abständen voneinander und von der Getriebeachse diese umgebende, als Übertragungsglieder dienende Kugeln befinden, wobei eines der von den Körpern und dem Käfig gebildeten Elemente mit der Antriebswelle und ein zweites mit der Abtriebswelle gekuppelt ist, wogegen das dritte Element stillsteht oder auch umläuft, wobei diese Laufflächen im axialen Querschnitt einen grösseren Krümmungshalbmesser als die Kugeln haben und Mitteln vorgesehen sind,
um durch Kippen mindestens einer der Laufflächen den Abstand der Kontaktpunkte der Kugeln mit einer Lauffläche und den Abstand der Kontaktpunkte der Kugeln mit der andern Lauffläche von der Getriebeachse in entgegengesetztem Sinne zu ändern, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (113, 118 : 119. 103 : 234, 256,258), wie z.
B. Schraubenspindeln, hydraulische oder pneumatische Systeme, einstellbare Federn, vorgesehen sind, die an den kippbaren Körpern (104 ; 242,250) mit Laufflächen in mindestens zwei ringförmigen und konzentrisch mit der Getriebeachse liegenden Zonen (116, 117 ; 241,243, 251,252) von verschiedenen Durchmessern mit gleichmässig verteilten Kräften angreifen, wobei die zwischen den Kugeln und den Laufflächen herrschenden Anpresskräfte unabhängig von den durch die erwähnten Mittel ausgeübten Kräften änderbar sind.