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Stufenlos regelbares Reibkugelgetriebe
Die Erfindung bezieht sich auf mechanische, stufenlos regelbare Reibkugelgetriebe mit zwischen je zwei äusseren und inneren Laufringen sich abwälzenden Kugeln, an welche die Laufringe hydraulisch an- gepresst werden.
Die Erfindung hat zum Ziel, bei derartigen bekannten Getrieben eine grosse Leistungssteigerung über einen grossen Drehzahlbereich sowie eine selbsttätige Anpressdruckregelung für die Kontaktpunkte der kraftübertragenden Elemente zu erreichen.
Dabei soll die Regelung der Anpressdrücke über den gesamten Drehzahl- und Leistungsbereich ohne unnötige Überlastungen erfolgen. Auch soll bei plötzlicher Steigerung der Antriebsdrehmomente ein Schlupf verhindert werden, dabei aber die Kraft sanft übertragen werden.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem Getriebe der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass zur Einstellung eines gewünschten Übersetzungsverhältnisses eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, die eine Pumpe einer hydraulischen Anpressvorrichtung für die äusseren, mit der Antriebswelle mechanisch verbundenen Laufringe aufweist, und dass einer der inneren Laufringe mit der Abtriebswelle mechanisch, mit dem andern Laufring hingegen über eine weitere Pumpe hydraulisch verbunden ist.
Weitere Verbesserungen werden in der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den dazugehörigen Zeichnungen erläutert :
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt des mechanischen, stufenlosen Getriebes gemäss der gegenständlichen Erfindung. Fig. 2 zeigt teilweise im Längsschnitt eine Vergrösserung der hydraulischen Drehzahlregulierung im stufenlosen Getriebe nach Fig. 1. Fig. 3 zeigt teilweise im Längsschnitt eine Vergrösserung des dynamischen Regulators im stufenlosen Getriebe nach Fig. 1. Fig. 4 zeigt einen Teil eines Querschnittes nach Linie 4-4 der Fig. l. Fig. 5 zeigt einen Teil eines Querschnittes nach Linie 5-5 der Fig. 1. Fig. 6 zeigt eine Ansicht eines inneren Pumpenteiles der hydraulischen Drehzahlregulierung im stufenlosen Getriebe nach Fig. 1.
Fig. 7 zeigt eine Ansicht eines äusseren Pumpenteiles zur hydraulischen Drehzahlregulierung des stufenlosen Getriebes nach Fig. 1. Fig. 8 zeigt teilweise den Querschnitt nach Linie 8-8 der Fig. 7. Fig. 9 zeigt die Ansicht eines Zylinderkörpers des dynamischen Anpressdruck-Regulators im stufenlosen Getriebe nach Fig. l. Fig. 10 zeigt eine Ansicht der ovalen Nockenbahn für einen inneren Laufring des Getriebes nach Fig. 1. Fig. 11 zeigt die Ansicht eines Steuerplattenteiles des dynamischen Anpressdruck-Re- gulators im Getriebe nach Fig. l. Fig. 12 zeigt einen Teilquerschnitt nach Linie 12-12 der Fig. ll.
Das stufenlose Reibungsgetriebe dieser Erfindung als Aggregat ist mit 20 bezeichnet. Dieses Getriebe schliesst die Antriebswelle 26 und die Abtriebswelle 28 von einem Ende zum andern Ende des Gehäuses 30 ein. Die Antriebswelle 26 ist in einem Kugellager 32 im Gehäuse rotierend gelagert. Das Ende dieser Antriebswelle ist mit Keilnuten 36 versehen. Ausserhalb des Kugellagers 32, in der Bohrung 34, ist ein Dichtungsring 38 vorgesehen. Die Abtriebswelle 28 ist in einem Kugellager 40 am andern Ende des Gehäuses 30 rotierend gelagert. Das Ende dieser Abtriebswelle ist mit Keilnuten 44 versehen. Ausserhalb des Kugellagers 40, in der Bohrung 42, ist ein Dichtungsring 46 vorgesehen. Es soll vermerkt werden, dass zur Lagerung der gesamten rotierenden Teile des Getriebes nur die mit der grösstmöglichsten Distanz angeordneten Kugellager 32 und 40 benötigt werden.
Axialdrucklager sind nicht erforderlich, da alle axialen Kräfte innerhalb des Getriebes ausgeglichen sind.
Die Antriebswelle 26 ist mit der Abtriebswelle 28 durch den Reibungsmechanismus 48 verbunden, der
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eine Übersetzung von 0 bis 2, 5 ermöglicht. Die Hauptteile des Reibungsmechanismus 48 sind die drei gehärteten Kugeln 50, die in einem Ringraum zwischen einem Paar äusserer Laufringe 52 und 54 und einem Paar innerer Laufringe 56 und 58 gleichmässig verteilt gehalten sind. Die Laufringbahnen aller Laufringe 52,54, 56 und 58 sind gehärtet. Die Kugeln 50 und die Laufringe 52,54, 56 und 58 sollen hier als Reibungselemente oder momentübertragende Elemente bezeichnet werden. Die Kugeln 50 sind an der planetenartigen Bewegung durch Reaktionselemente gehindert, die im folgenden mit dem Bezugszeichen 68 zusammengefasst sind.
Diese Reaktionselemente 68 bestehen aus Reaktionsrollen 70, die gleichmässig am Umfang verteilt zwischen den Kugeln 50 auf stationären Zapfen 74 fest in einem Halter 76, welcher mit dem Gehäuse 30 fest verbunden ist, durch Nadellager 72 rotierend gelagert sind. Die verschiedenen Teile des Reibungsmechanismus 48 sind aus hochgradig gehärtetem Stahl gefertigt.
Nach der Erfindung werden die Anpressdrücke, die gerade zur positiven Kraftübertragung notwendig sind, automatisch durch einen hydraulischen Druckregulator erzeugt, der mit 78 bezeichnet ist. Wie diese Anpressdrücke, die nicht nur mit dem zu übertragenden Drehmoment, sondern auch mit verringertem Reibungskoeffizienten ansteigen, sich ändern, wird später in den Einzelheiten erklärt. Die äusseren Laufringe 52 und 54 sind axial zueinander verstellbar und direkt mit der Antriebswelle 26 in bestimmter Weise, wie später in den Einzelheiten beschrieben wird, verbunden.
Der innere Laufring 56 ist mit der Abtriebswelle 28 direkt, der innere Laufring 58 mit dem Laufring 56 hingegen durch den hydraulischen Druckregulator 78 verbunden. Daraus folgt, dass die äusseren Laufringe die Antriebselemente und die inneren Laufringe die Abtriebselemente des Reibungsmechanismus 48 darstellen.
Die Veränderung des Drehzahlverhältnisses zwischen Antriebs- und Abtriebswellen wird durch eine hydraulische Drehzahlregulierungseinrichtung 80 erzielt. Ansteigende Drehzahlverhältnisse (höhere Abtriebsdrehzahlen) werden beim Zusammendrücken der äusseren Laufringe 52 und 54 erzielt, wobei die Kugeln 50 radial nach innen gedrückt und die inneren Laufringe 56 und 58 auseinandergepresst werden.
Abnehmende Drehzahlverhältnisse werden erzielt, wenn die inneren Laufringe zusammengepresst werden ; hiedurch werden die Kugeln radial nach aussen gedrückt und die äusseren Laufringe auseinandergepresst.
Wie in Fig. 1 gezeigt, sind die Kugeln so weit als möglich nach innen verlagert, wodurch beispielsweise bei einer Antriebsdrehzahl von 1750 Umdr/min die Abtriebsdrehzahl etwa 4500 Umdr/min beträgt.
Wenn die Kugeln so weit als möglich nach aussen verlagert sind, berühren sie mit ihren Rotationspunkten die inneren Laufringe, die still stehen, wodurch die Abtriebsdrehzahl Null wird. Jedes beliebige Drehzahlverhältnis innerhalb des erwähnten Bereiches kann mit entsprechenden Kugelstellungen erzielt werden. Die Abtriebswelle rotiert entgegengesetzt zur Drehrichtung der Antriebswelle.
Zur hydraulischen Drehzahlregulierung 80 gehört die Servo-Einrichtung 82 zur axialen Verstellung der äusseren Laufringe 52 und 54. Die Servo-Einrichtung 82 wird von der hydraulischen Regulierung 84 mit Öldruck gespeist.
Der äussere Laufring 52 ist fest im Laufringträger 86 und der äussere Laufring 54 fest im Laufringträger 88 montiert. Die Trägerelemente 86 und 88 sind in axialer Richtung beweglich, sowie gemeinsam ro-
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ringträgers 88 gleiten. Der äussere Laufringträger 88 umschliesst den Laufringträger 86. Wandartige Teile 90 und 92 dieser Trägerelemente formen eine hydraulische Druckkammer 94 der Servo-Einrichtung 82. Ein O-Ring 95 in einer Ringnute 96 des Laufringträgers 86, sowie einO-Ring97 in einer Ringnute 98 des äusse- ren Laufringträgers 88 dichten die Druckkammer 94 ab.
Um die beiden Laufringträger 86 und 88 sowie die äusseren Laufringe 52 und 54 miteinander zu zentrieren, sind mehrere am Umfang des Laufringträgers 86 vorgesehene konzentrische Erhebungen 99 (Fig. 1 und 4) vorgesehen, die in den inneren, genau konzentrischen Umfang des 1nneren Laufringttägers 88 passen. Die Erhebungen 99 sind gegenüber den Gleitleisten 87 am Umfang versetzt.
Zur hydraulischen Drehzahlregulierungseinrichtung 84 (Fig. 1 und 2) gehört eine hydraulische Pumpe 100, die in Verbindung mit einem entlasteten Steuerschieber 102 arbeitet. Die Pumpe 100 fördert eine hydraulische Flüssigkeit, im allgemeinen Öl, von einem Ölsammelbehälter (nicht gezeigt) durch die Ansaugleitung 104 zu einer Pumpendruckkammer 106 des Steuerschiebers 102.
In der Pumpe 100 sind mehrere am Umfang verteilte Kugeln 108 in entsprechenden, zylindrischen Bohrungen 110 des inneren Pumpenkörpers 112 als Kolben vorgesehen. Der Pumpenkörper 112 ist axial beweglich gelagert und umschliesst einen zylindrischen Nabenteil 114 des Laufringträgers 86. Der Nabenteil 114. ist auf der Welle 26 axial verschiebbar gelagert. Keilnuten 116 und 118 verbinden die Antriebs-
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welle mit dem Nabenteil 114 zur Übertragung des Antriebsdrehmomentes zu den äusseren Laufringen.
Der innere Pumpenteil 112 sowie der Nabenteil 114 stellen eine ausgeglichene Schiebersteuerung dar. Der äussere Pumpenkörper 120 der Pumpe 100 umschliesst den inneren Pumpenteil 112. Zu dem äusseren Pumpenkörper 120 gehört ein Führungsring 122 sowie die Steuerplatte 124. Der Führungsring 122 ist mit zwei entgegengesetzten, am äusseren Umfang gelagerten Bohrungen 126 versehen, die zur Aufnahme einer verstellbaren Gabel (nicht gezeigt) für die axiale Verstellung des Führungsringes 122 und damit zur Drehzahlverstellung dienen.
Die Verstellung der Verstellgabel kann von Hand oder automatisch erfolgen. Da der Steuerschieber 102 entlastet ist, sind zur Verstellung keine Kräfte zu überwinden, weshalb ein Drehknopf verwendet werden kann. Ein automatisches Regulierungssystem kann zur Verstellung des Steuerschiebers dienen.
Das Übersetzungsverhältnis wird in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit und der Gaspedalstellung gesteuert, wenn das erfindungsgemässe Getriebe z. B. in einem Kraftwagen verwendet wird. Der innere Pumpenteil 112 der Drehzahlregulierung 84 ist axial frei beweglich auf dem Nabenteil 114 gelagert, wird jedoch durch Stifte 128, die fest in den Bohrungen 130 des Nabenteiles 114 sitzen, und mit ihrem andern Ende in grössere Bohrungen 132 des axial verschiebbaren inneren Pumpenteiles 112 ragen, gehalten und somit gezwungen, mitumzulaufen.
Während somit der innere Pumpenteil 112 mit den äusseren Laufringen rotiert, wird der äussere Pum- enteil 120 durch eine Verstellgabel (nicht gezeigt), die in den Bohrungen 126 gehalten ist festgehalten.
Um die Steuerplatte 124 des äusseren Pumpenteiles 120 in dichtem Kontakt mit der Seitenwand des inneren Pumpenkörpers 112 zu halten, ist eine Platte 134 angebracht, die ein axiales Auseinanderdrücken verhindert. In diesem Beispiel sorgt ein keilförmiger Haltering 136, der in einer keilförmigen Ringnute 137 am linken Ende des inneren Teiles 112 gehalten ist, für den axialen Halt der Platte 134.
Ein Distanzring 138 ist auf dem nabenartigen Teil des inneren Pumpenteiles zwischen der Platte 134 und dem Pumpenteil 112 angeordnet. Die Stärke dieses Ringes ist etwas grösser als die der Steuerplatte 124.
Wenn die Platte 134 durch den keilförmigen Ring 136 gegen den Ring 138 gepresst wird, erfährt die Steuerplatte 124 keine Pressung, sondern ist mit ausreichendem axialem Spiel versehen, so dass der innere Pum- enteil 112 ohne Reibung frei drehbar ist und gleichzeitig genügend Abdichtung zwischen dem inneren ro- tierenden Pumpenkörper 112 und der festgehaltenen Schieberplatte oder Steuerplatte 124 vorhanden ist.
In diesem Beispiel ist die Saugleitung 104 durch ein elastisches Verbindungsstück 140 mit dem nicht drehbaren äusseren Pumpenteil 120 verbunden. Der ringartige Teil des Verbindungsstückes 140 sitzt stramm und abdichtend über den äusseren Pumpenteil 120 und verbindet die Einlassnute 142 des äusseren Pumpenteiles 120 mit dem Ölbehälter (nicht gezeigt).
Der ringartige. Teil 122 des äusseren Pumpenkörpers 120 ist mit einer ovalen Nocke 144 versehen. deren Laufbahn 146 zum Abrollen der Kugelkolben 108 dient. In Fig. 7 ist die grössere Achse der ovalen Nockenbahn 146 horizontal, die kleinere Achse vertikal angeordnet. Dadurch entsteht der maximale Nokkenhub an entgegengesetzten Enden der vertikalen Achse.
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talen Achse und ihre maximale innere Stellung in der vertikalen Achse. Da sich durch diese symmetrische Konstruktion alle radialen Kräfte gegenseitig aufheben, sind die inneren sowie äusseren Teile unbelastet.
Für die Pumpenfunktion der Kugelkolben 108 ist die Steuerschieberplatte 124 des äusseren Pumpenteiles 120 mit zwei gegenüberliegenden Aussparungen 148 für den Einlass und zwei gegenüberliegenden Aussparungen 150 für den Auslass versehen.
Diese Aussparungen sind auf beiden Seiten der Steuerplatte 124 vorgesehen. Die Einlass-Aussparungen auf beiden Seiten der Steuerschieberplatte sind mit Bohrungen 152 verbunden. Die Auslass-Aussparungen auf beiden Seiten der Steuerplatte sind durch Bohrungen 154 miteinander verbunden. Radiale Bohrun- gen 156 verbinden die Einlass-Bohrungen 152 mit der Saugringnute 142. Die Auslassbohrungen 154 sind durch Aussparungen 158 mit einem Ringraum 160 am äusseren Umfang des Distanzringes 138 verbunden.
Die Ringnute 160 ist durch radiale Bohrungen 164 mit der Ringnute 162 verbunden, die radial innerhalb des Distanzringes 138 auf dem äusserer Umfang des nabenartigen Teiles des inneren Pumpenkörpers 112 vorgesehen ist.
Die Ringnute 162 ist durch radiale Bohrungen 166 mit der Pumpendruckkammer 106 verbunden, die zwischen dem nabenartigen Teil des inneren Pumpenkörpers 112 und dem nabenartigen Teil 114 des äusseren Laufringes 86 vorgesehen ist. Damit sind die Auslass-Aussparungen 150 in dauernder Verbindung mit der Pumpendruckkammer 106. Jeder Zylinder 110 ist mit einer Bohrung 168 versehen, die in radialem
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Abstand mit dem der Einlass- und Auslass-Bohrungen 148 und 150 übereinstimmt. Wenn die Nocken 144 die Kugelkolben 108 nach innen pressen, sind die Bohrungen 168 mit der Auslass-Aussparung 150 verbun- den.
Durch Zentrifugalkräfte werden die Kugelkolben 108 nach aussen gedrückt, vorausgesetzt, dass die
Nocke 144 diese Bewegung freigibt, wobei die entsprechenden Bohrungen 168 mit den Einlass-Aussparun- 'gen 148 verbunden sind.
Die Nocke 144 hat wegen der geringen notwendigen Fördermenge einen sehr kleinen Hub bei ver- hältnismässig hoher Pumpendrehzahl, die der Antriebsdrehzahl entspricht. Der Hub der Kugelkolben 108 ist also sehr klein für eine sehr geringe Pumpenleistung. Die Pumpendruckkammer 106 ist durch eine ra- diale Bohrung 170 mit einer axialen Bohrung 172 des nabenartigen Teiles 114 verbunden. Die axiale Boh- ) rung 172 ist durch eine radiale Bohrung 174 mit einem Ringraum 176 am äusseren Umfang der Antriebs- welle 26 verbunden. Dieser Ringraum ist auf der linken Seite durch einen Kolbenring 178 und auf der rechten Seite durch einen engen Gleitsitz mit der Nabe des Laufringträgers 86 abgeschlossen. Der enge
Gleitsitz sowie der der Keilnuten 116 und 118 gibt dem Laufringträger 86 die notwendige konzentrische
Führung.
Der Ringraum 176 ist durch eine radiale Bohrung 180 mit der axialen Bohrung 182 in der Abtriebs- welle verbunden. Eine Kugel 186, die durch eine Feder 188 auf ihren Sitz 184 gepresst ist, ist auf der linken Seite der Bohrung 182 in einer grösseren Bohrung 190 angeordnet. Die Bohrung 190 ist durch ra- diale Bohrungen 192 mit dem Gehäuseraum des Gehäuses 30 und damit mit dem Ölsammelraum (nicht gezeigt) verbunden. Das linke Ende der Bohrung 190 ist nach aussen hin abgeschlossen (nicht gezeigt).
Die Druckfeder 188 für die Ventilkugel 186, die als Überdruckventil arbeitet, ist so gewählt, dass das Ventil 186 z. B. bei etwa 10 at-Überdruck die Pumpendruckkammer 106 öffnet, wobei das Öl von der
Pumpe durch die Bohrungen 192 zum Ölsammelbehälter abfliesst. Bei Öldrücken unter 10 at bleibt das
Ventil 186 geschlossen. Zum entlasteten Steuerschieber 102 gehört eine am äusseren Umfang der Nabe 114 angeordnete Ringsteuerfläche 194 unmittelbar rechts von der Pumpendruckkammer 106, sowie eine kürzere, diese umfassende Steuerfläche 196. Die Ringsteuerfläche 194 ist in einer bestimmten Weite an einer oder mehreren Stellen des Umfanges abgeflacht, wodurch eine oder mehrere Regulierdruckkammern 198 gebildet werden.
Die im Beispiel gezeigte Regulierdruckkammer 198 ist durch eine radiale Bohrung 200 mit einer
Axialbohrung 202 der Nabe 114 verbunden. Die Bohrung 202 ist durch eine radiale Bohrung 204 mit der
Servo-Druckkammer 94 verbunden. Der Öldruck in der Kammer 94 stimmt daher immer mit dem Öldruck in der Regulierkammer 198 überein.
Rechts von der Regulierfläche 194 befindet sich in der Nabe 114 eine Ringnute 206, die durch Ab- flachungen oder Nuten 208 mit der Ringkammer 212 des Nabenteiles 114 verbunden ist. Genügend Spiel ist zwischen dem inneren Pumpenteil 112 und der Nabe 114 zum Ringraum 212 vorgesehen, so dass das Öl oder die verwendete Flüssigkeit zum Pumpengehäuse und damit zum Sammelbehälter frei abfliessen kann.
Zum Ausgleich des durch zentrifugale Kraft erzeugten Flüssigkeitsdruckes in der Druckkammer oder
Servo-Kammer 94 ist eine Ausgleichskammer 214 vorgesehen, die durch eine den äusseren Laufringträger
88 umschliessende Schale 216 gebildet wird. Hydraulische Flüssigkeit wird der Ausgleichskammer 214 durch radiale Bohrungen 217, die die Verbindung mit der Ringkammer 212 herstellt, zugeführt. Ein 0-
Ring 218 in einer Ringnute 219 am äusseren Umfang des äusseren Laufringträgers 88 stellt eine Flüssigkeits- dichtung mit der Schale 216 her. Die Schale 216 ist durch einen Haltering 223 in einer Ringnute 221 am äusseren Umfang der Nabe 114 gehalten. Die Abmessungen für die Ausgleichskammer 214 werden so gewählt, dass der zentrifugale Flüssigkeitsdruck in der Ausgleichskammer 214 etwas grösser ist als der in der Servo-Kammer 94.
Hiedurch werden die äusseren Laufringe 52 und 54 auseinandergepresst, sobald kein oder nur geringer Flüssigkeitsdruck in der Servo-Kammer 94 vorhanden ist.
Der Flüssigkeitsdruck in der Regulierkammer 198-und damit in den Bohrungen 202 und 204 sowie in der Servo-Kammer 94 ist durch axiales Verschieben der Ringsteuerflächen 196 und 194 zueinander regelbar. Die relativen Stellungen der Steuerkanten 220 auf der linken Seite der Ringfläche 196 und der ent- sprechenden Steuerkante der Regulierkammer 198 sowie der Abfluss-Steuerkanten 222 an der rechten Seite der Ringsteuerkante 196 und der entsprechenden Steuerkante der Regulierkammer 198, bestimmen den Regulierdruck in der Regulierkammer 198. Wird die Ringsteuerfläche 196 nach rechts bewegt, so nimmt die Druckregulieröffnung 220 zu und die Abflussregulieröffnung 222 ab, wodurch der Druck in der äusseren Laufring-Servo-Kammer 94 ansteigt. Dieses verursacht, dass die äusseren Laufringe zusammengepresst werden.
Gleichzeitig wird die Ringsteuerfläche 194 der Nabe 114 so lange nach rechts bewegt. bis die Druck- regulieröffnung 220 so weit reduziert ist, dass der Druck in der Servo-Kammer 94 gerade genügt, die äusse-
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ren Laufringe 52 und 54 im Gleichgewicht zu halten.
Durch diese Bewegung der hydraulischen Reguliereinrichtung 84 nach rechts werden die äusseren Laufringe 52 und 54 näher zusammengebracht und die Kugeln 50 radial nach innen gedrückt, wodurch das Übersetzungsverhältnis und damit die Abtriebsdrehzahl des Getriebes erhöht wird. Durch die Bewegung der hydraulischen Regulierung 84 nach links werden die äusseren Laufringe auseinanderbewegt und damit das Übersetzungsverhältnis des Getriebes reduziert.
Je grösser das zu übertragende Drehmoment, um so grössere Drücke werden in der Servo-Kammer 94 benötigt, die Laufringe in der von der Reguliereinrichtung 84 bestimmten axialen Stellung zu halten. Deshalb verändern sich die Servo-Drücke in direktem Verhältnis mit dem zu übertragenden Drehmoment.
Der normale Druckbereich der Servo-Kammer 94 ist z. B. etwa 1 - 4 at.
Der Druck in der Pumpendruckleitung oder in der Druckkammer 106 ist ebenfalls abhängig von dem zu übertragenden Getriebedrehmoment. Dieser Pumpendruck ist nur etwas höher als der der Druckkammer 198. Wenn jedoch der Regulierring 122 zum Verringern der Antriebsdrehzahl nach links verschoben wird, wird die Regulieröffnung 220 geschlossen, wodurch der Pumpendruck sofort auf den maximalen Druck, der durch das Sicherheitsventil 186 begrenzt ist, ansteigt. Dieser hohe Druck wird, wie später beschrieben, für ein Zusammendrücken der inneren Laufringe 56 und 58 für eine Reduzierung der Übersetzung ausgenützt.
Die Abtriebswelle 28, die mit dem inneren Laufring 56 aus einem Stück hergestellt ist, ist in Nadel- lagern 224 und 226 auf der Antriebswelle 26 gelagert. Das Nadellager 224 ist in einer Bohrung des inneren Laufringes 56, das Nadellager 226 in einer Bohrung am Ende der Antriebswelle angeordnet. Zwischen den Wellen ist genügend Spiel vorgesehen. Ein Kolbenring 228 in der Kolbenringnute der Antriebswelle stellt eine Abdichtung nach rechts her. Unmittelbar rechts neben dem Kolbenring 228 und links vom Ku- gellager 40 ist eine Abflussbohrung 230 in der Abtriebswelle vorgesehen, um unnötige DrUcke im Nadel- lagerraum zu verhindern.
Zur Kühlung und Schmierung der kraftübertragenden Elemente wird hydraulische Flüssigkeit durch stationär gehaltene Düsenkörper 232, von einem Regulierventil 234 konstant gehalten, unter niedrigem
Druck gegen jede der drei Kugeln 50 gespritzt (Fig. 3). Der Düsenkörper 232 ist auf der Abtriebswelle 28 unmittelbar rechts neben dem inneren Laufring 56 gelagert und mit dem Reaktionskörper 68 über den Arm
321 und den Zapfen 74 verbunden. Radial nach innen, unterhalb jeder Kugel 50. ist der Düsenkörper 232 mit Düsenpaaren 236 versehen, deren Öffnungen 238 nach beiden inneren Laufringen 56 und 58 gegen die innere Kugelfläche gerichtet sind.
Den Düsen 236 wird die hydraulische Flüssigkeit durch eine oder meh- rere radiale Bohrungen 240 zugeführt, die den Ringraum 242 der Abtriebswelle mit dem Regulierringraum
244 zwischen der Ab- und Antriebswelle verbinden.
Das Regulierventil 234 ist innerhalb der Regulierkammer 244 axial beweglich gelagert. Unmittelbar rechts neben dem Regulierventil 234 wird durch eine radiale Bohrung 246 von der axialen Bohrung 182 in der Antriebswelle 26 der Druckkammer 248 Druck von der Pumpe zugeführt. Zwischen dem inneren Durch- messer des Regulierventils 234, das die Antriebswelle umschliesst, und dem äusseren Antriebswellendurch- messer ist ein radiales Spiel vorgesehen, das eine bestimmte Flüssigkeitsmenge durchströmen lässt. Eine
Schraubenfeder 250 ist zwischen dem Ventil 234 und einem Dichtungsring 252 vorgesehen. Das Regulier- ventil 234 ist mit einer Verlängerung 254 versehen. Der Dichtungsring 252, der auch als Federsitz dient, sowie das Ventil 234 rotieren mit der Abtriebswelle 28.
Der Dichtungsring 252 ist axial gegen das Nadel- lager 224, welches durch einen in einer Ringnute der Abtriebswelle getragenen Halteringes gesichert ist, gepresst.
Der Pumpendruck in dem Ringraum 248 drückt das durch die Feder 250 belastete Regulierventil 234 nach links und schliesst die Bohrung 240 ab. Mit dem Abschluss der Bohrung 240 steigt der Druck in der
Kammer 244 an und drückt das Ventil 234 zurück nach rechts. Diese Einrichtung ermöglicht einen nahezu konstanten Druck für die Düsen 236 von beispielsweise 0, 3-0, 7 at. Da also der Druck in den Düsen nahe- zu konstant bleibt, wird die Durchflussmenge durch die Düsenöffnungen 238 nur durch Änderung der Vis- kosität beeinflusst. Höhere Viskosität und damit weniger Durchflussmenge tritt bei niedriger Temperatur der Flüssigkeit auf, wenn die Schmierfähigkeit grösser ist. Unter diesen Betriebsverhältnissen wird weni- ger Flüssigkeitsmenge benötigt.
Bei höherer Temperatur und niedriger Viskosität wird mehr Flüssigkeit- menge durchfliessen, die zum Kühlen und Schmieren dann auch benötigt wird.
Die Düsen 236 unter den Kugeln 50 sind so ausgerichtet, dass die Flüssigkeit nicht direkt zu den Kon- taktpunkten zwischen Kugeln und inneren Laufringen 56 und 58 geführt wird. Obgleich die Flüssigkeit gegen die Kugeloberflächen gespritzt wird, u. zw. radial in der Richtung zu den Kontaktpunkten, wird die Flüssigkeit durch die Rotation der Kugeln an den Kontaktpunkten vorbeigeleitet. Dieses ist erwünscht,
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da nur ein dünner Ölfilm zur Schmierung, jedoch die grosse Menge der Flüssigkeit zur Kühlung der kraft- übertragenden Elemente benötigt wird.
Die Flüssigkeit wird von den Kugeln und Laufringen radial nach aussen in den Ringraum 256 zwischen den Trägern 86 und 88 geschleudert und von hier durch die Öffnungen 258. des äusseren Trägers 88 dem Ölsammelbehälter wieder zugeführt.
In einigen Anwendungsbeispielen wird das Öl zur Abkühlung durch einen Ölkühler (nicht gezeigt) geführt, bevor es im Getriebe wieder verwendet wird.
Nach der gegenständlichen Erfindung werden die durch den dynamischen Anpressdruckregulator 78 (Fig. 1 und 3) zur Kraftübertragung notwendigen Anpressdrücke zwischen den Kugeln 50 und den inneren Laufringen 56 und 58 sowie zwischen den Kugeln und äusseren Laufringen 52 und 54 so reguliert, dass sie gerade zur nahezu positiven Kraftübertragung ausreichen, ohne unnötige Überdrücke zu erzeugen. Der dynamische Regulator 78 besteht aus einer hydraulischen Pumpe, die den inneren Laufring 58 hydraulisch mit dem inneren Laufring 56 und damit mit der Abtriebswelle 28 verbindet. Der innere Laufring 56 ist an den einen Pumpenteil und der innere Laufring 58 an den andern Pumpenteil gekuppelt, wobei der innere Laufring 58 dem inneren Laufring 56 etwas voreilt.
Das von der Abtriebswelle 28 zu übertragende Drehmoment wird auf beide inneren Laufringe verteilt, wodurch die Anpressdrücke mit zunehmendem Drehmoment ansteigen. Die Verteilung des Drehmomentes auf die inneren Laufringe ist von dem jeweiligen Reibungs-Koeffizienten zwischen den Laufringen und den Kugeln abhängig. Höhere Reibungs-Koeffizien- ten (wenn geringere Anpressdrücke zur Kraftübertragung notwendig sind) bewirken automatisch einen geringeren Drehmomentanteil des Laufringes 58 und damit geringere Drücke.
Es ist bekannt, dass durch die elastische Verformung der Kugeln und Laufringe ein leichter Schlupf entsteht, selbst wenn keine tangentialen Kräfte wie in Kugellagern auftreten. Der Schlupf wird natürlich erhöht, wenn tangentiale Kräfte vorhanden sind. Deshalb sind Reibungsgetriebe niemals absolut positiv.
Der Schlupf muss natürlich in zulässigen Grenzen gehalten werden, um hohe Getriebe-Wirkungsgrade zu erzielen.
Um den Schlupf zu reduzieren, muss das Verhältnis von Tangential-Kraft zur Anpresskraft, also das
Druckverhältnis, reduziert werden. Dieses bedeutet, dass die Pressung im Kontaktpunkt erhöht werden muss.
Höhere Pressung bedeutet jedoch geringere Lebensdauer der Kugeln und Laufringe. Deshalb muss, um eine grössere Dauerhaftigkeit des Getriebes zu erhalten, ein gewisser Prozentsatz von Kriechen und Schlupf in
Kauf genommen werden. Dieser bedingte Schlupf wird durch den dynamischen Regulator ausgenutzt, der unter allen Betriebsbedingungen den günstigsten Anpressdruck unter Berücksichtigung der jeweiligen Reibungs-Koeffizienten automatisch regelt.
Der dynamische Regulator 78 besteht aus einem zylindrischen Körper 260, der mit der Abtriebswelle
28 durch Keilnuten 262 und 264 des Zylinderkörpers 260 und der Abtriebswelle verbunden ist. Der zylindrische Körper 260 ist durch einen geteilten Ring 266 in einer Ringnute 268 der Antriebswelle axial gehalten. Zur Sicherung des geteilten Ringes 266 ist dieser in einer Bohrung 270 an der rechten Seite des Zylinderkörpers 260 gelagert. Der geteilte Ring 266 hat die von den Anpressungsdruckkräften herrührenden axialen Belastungen aufzunehmen, wodurch die Kugellager 32 und 40 entlastet sind.
Der Zylinderkörper 260 ist mit einer Mehrzahl von radialen Zylinderbohrungen 272 versehen die jede einen Kugelkolben 274 tragen. Jeder Zylinder ist mit einer Bohrung 276 versehen. Der innere Laufring 58 ist mit einer ringartigen Verlängerung 278 versehen, die am inneren Umfang eine Nocke 280 trägt, deren Nokkenbahn 282 die Kugelkolben 274 betätigt. Die Nockenbahn 282 ist eine Ellipse, ähnlich derjenigen der Pumpe 100. Die Radial-Kräfte dieser Pumpe sind durch Symmetrie ausgeglichen, weshalb keine Belastung nach aussen auftritt.
DerDrehzahlunterschied zwischen der Nocke 280 und dem Zylinder 260 ist von der Drehzahldifferenz der beiden inneren Laufringe 58 und 56 abhängig. Aus diesem Grunde ist die Nockenbahn stark elliptisch für verhältnismässig grosse Kugelkolbenhübe. Diese Hübe sind natürlich von den zu erzeugenden Anpressdrücken abhängig. Der maximale Drehzahlunterschied zwischen den beiden inneren Laufringen kann mit etwa 2 % angenommen werden. Dieses bedeutet, dass die relative Drehzahl für den dynamischen Regulator 78 maximal etwa 90 Umdr/min ist, bei einer Abtriebsdrehzahl von 4500 Umdr/min.
Unmittelbar links neben dem zylindrischen Körper ist eine Steuerplatte 284 vorgesehen. Diese Platte umschliesst den Distanzring 286, der wieder die Abtriebswelle 28 umschliesst. Unmittelbar links neben dem Distanzring 286 sowie der Steuerplatte 284 ist ein Ringkörper 288 in der dynamischen Druckkammer 290 des linken Laufringkörpers 58 gelagert. Der Distanzring 286 ist um das gewünschte Laufspiel dickcr als die Steuerplatte 284, so dass eine freie Rotation bei guter Abdichtung und ohne unnötige Reibung zwischen den Teilen gewährleistet ist.
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Eine Druckfeder 292 in der dynamischen Druckkammer 290 presst den Ringkörper 288 über den Distanzring 286 und den Zylinderkörper 260 gegen den geteilten Ring 266. Die Feder sichert damit eine Vorspannung, die die beiden inneren Laufringe 56 und 58 zusammendrückt. Gleitringscheiben 294 zwischen den Enden der Feder 292 und dem entsprechenden inneren Laufring 58 und Druckring 288 erleichtern die relative Rotation der verschiedenen Laufkörper. Da der Drehzahlunterschied sehr gering ist, genügt diese einfache Lagerung.
In diesem Beispiel drückt die Feder 292 die kraftübertragenden Reibungselemente in Richtung der niedriegsten Übersetzung, d. h. in die Richtung des Nullpunktes (Abtriebsdrehzahl wird Null).
Um eine relative Rotation zwischen dem inneren Laufring 58 und der Abtriebswelle 28 zu gewährlei-
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288 vorgesehen. Ein O-Ring 300 in einer Nute 301 der Abtriebswelle ist zum Abdichten angeordnet, weil keine relative Drehbewegung zwischen dem Druckring 288 und der Abtriebswelle 28 vorhanden ist.
Die Steuerplatte 284 ist mit dem inneren Laufring 58 durch einen Stift 302 gekuppelt. Der Stift 302 ist in einer Bohrung 303 des inneren Laufringes 58 gepresst und fasst in eine Nute 304 am Umfang der Steuerplatte 284. Die Nute 304 umfasst ungefähr 900 des Umfanges. Während des gewöhnlichen Vorwärtsdrehmomentes, wenn die Antriebswelle 26 angetrieben wird, befindet sich der Stift 302 in der in Fig. 11 gezeigten Endlage der Nute 304, wodurch die Steuerplatte in einer gewünschten Stellung zur Nockenlaufbahn 282 gehalten ist. In Fig. 3 ist der Stift 302 strichpunktiert gezeigt, da er 450 nach dem Längsschnitt in Fig. 1 verlagert ist. Fig. 10 zeigt den Stift 302 in der grossen Ellipsenachse.
Die Steuerplatte 284 ist mit zwei gegenüberliegenden Steuernuten 306 auf der rechten Plattenseite versehen, wie in Fig. 3 gezeigt wird. Die Steuerplatte ist ausserdem mit gegenüberliegenden Steuernuten 308 auf beiden Plattenseiten versehen, wie in Fig. 12 gezeigt wird. Die Nuten 306 und 308 verteilen sich am Umfang, wie in Fig. 11 gezeigt, und stimmen in radialem Abstand mit denen die Zylinder verbindenden Bohrungen 276 überein.
Der Distanzring 286 ist am äusseren Umfang mit einer Ringnute 310 versehen, die durch entsprechen- de radiale'Nuten 312 mit der Steuernut 306 verbunden ist. Der Distanzring 286 hat ferner radiale Bohrun- gen 314, welche die Verbindung mit der Ringnute 316 am äusseren Umfang der Abtriebswelle 28 herstellen. Mehrere radiale Bohrungen 318 in der Abtriebswelle verbinden die Ringnut 316 mit dem Druckraum 248. Damit ist die axiale Bohrung 182 in der Antriebswelle 26 mit der Steuernute 306 der Steuerplatte 284 verbunden, wodurch der Pumpendruck der Pumpe 100 der Einlassdruck des dynamischen Regulators 78 wird. Mit andern Worten, die Pumpe 100 und der dynamische Regulator 78 sind inSerie geschaltet.
Die Steuernuten 308 auf beiden Seiten der Steuerplatte 284 sind durch axiale Bohrungen 320 miteinander verbunden. Die Steuernuten 308 auf der linken Steuerplattenseite sind durch axiale Bohrungen 322 des Druckringes 288 mit der dynamischen Druckkammer 290 verbunden.
Unter normalen Betriebsverhältnissen, wenn durch das Getriebe ein Vorwärtsdrehmoment übertragen wird, oder mit andern Worten, wenn die Antriebswelle angetrieben wird, befindet sich der Stift 302 in der in Fig. 11 gezeigten Lage der Umfangsnute 304 der Steuerplatte 284, wobei die Steuerplatte zur Nocke 280 des inneren Laufringes 58 so gehalten ist, dass die Bohrungen 276 der Pumpenzylinder mit der dynamischen Druckkammer 290 dann verbunden sind, wenn die Kugelkolben 274 radial nach innen gepresst werden.
Die Bohrungen 276 im Pumpenzylinder sind dagegen während der Ansaugperiode, wenn sich die Kugelkolben radial nach aussen bewegen, mit der Druckleitung der Pumpe 100 verbunden. Da der Pumpendruck dieser Pumpe 100 etwa proportional dem zu übertragenden Drehmoment ist, wird sich auch der Einlassdruck des dynamischen Regulators etwa mit dem Drehmoment ändern.
Der dynamische Regulator 78 erlaubt, dass das Getriebe als Bremse, z. B. bei einer Bergabfahrt, verwendet werden kann. Bei solchen Betriebsverhältnissen entsteht ein Drehmoment in entgegengesetzter Richtung. Der Stift 302 wird dabei automatisch von einem Ende der Nute 304 der Steuerplatte 284 zum andern Ende bewegt, wie in Fig. 11 in strichlierter Linie angegeben. Diese Verlagerung des Stiftes 302 ist verständlich, da bei Bremswirkung die Abtriebswelle 28 den inneren Laufring 58 überrennt. Dabei wird die Steuerplatte um 900 zur Nocke 280 verdreht, wobei Einlass-und Auslass-Steuernuten vertauscht werden. Der dynamische Regulator arbeitet deshalb bei normaler Kraftübertragung genau so wie bei Bremsung des Fahrzeuges.
Das erfindungsgemässe Reibungsgetriebe bietet den Vorteil eines höheren Wirkungsgrades und der langen Lebensdauer. Wie bereits erwähnt, ermöglicht ein Getriebe nach dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen Drehzahlverstellbereich von 0 bis etwa 2, 5 zu 1 (Übersetzung ins Schnelle). Wird z. B. die
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Antriebswelle 26 mit 1750 Umdr/min angetrieben, so kann die Abtriebsdrehzahl der Abtriebswelle 28 von Null bis etwa 4500 Umdr/min stufenlos geregelt werden.
Der Antrieb kann durch Elektro-, Benzin- oder Dieselmotor (nicht gezeigt) erfolgen. Die Antriebsdrehzahl kann konstant oder veränderlich sein. Die Abtriebswelle 28 kann direkt oder über Zahnräder (nicht gezeigt) mit dem anzutreibenden Aggregat, das mit veränderlicher Drehzahl angetrieben werden soll, gekuppelt werden. Die Abtriebswelle kann z. B. mit den Rädern von Fahrzeugen, wie Automobilen, Lastwagen, Traktoren usw. verbunden werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Abtriebswelle in entgegengesetzter Richtung zur Abtriebswelle gedreht. Natürlich ist die Anordnung in einem Fahrzeug so, dass die Räder zur Vorwärtsrichtung angetrieben werden müssen. Um die Drehrichtung umkehren zu können, kann irgend eine Einrichtung vorgesehen werden.
Irgendwelche Umkehrrichtungen, wie normale Planetengetriebe oder andere Zahnradwerkgetriebe, können für diesen Zweck verwendet werden.
Die gewünschte Änderung der Drehzahlübersetzung erfolgt durch axiale Verstellung des Regulierrin- ges 122 der hydraulischen Regulierungseinrichtung 84 von Hand oder automatisch. Wie bereits erwähnt, ist wegen des entlasteten Steuerschiebers fast keine Kraft zur Verstellung notwendig, deshalb genügt ein einfacher Drehknopf in Verbindung mit geeigneten Verbindungselementen zur Einstellung des gewünsch- ten Übersetzungsverhältnisses. Automatische Verstellung kann in Übereinstimmung mit Fahrzeuggeschwin- digkeit, Drehmoment oder Gaspedalstellung oder irgendeiner dieser Kombinationen erfolgen. Zum Bei- spiel die automatische Regulierung, die in der österr. Patentschrift Nr. 198086 beschrieben ist, könnte zur
Verstellung des Regulierringes 122 und damit des Übersetzungsverhältnisses verwendet werden.
Für irgendein Übersetzungsverhältnis mit Ausnahme der Nullstellung rotieren die Kugeln 50 an den äusseren Laufringen52 und 54 um ihre Achse und drehen die innerenLaufringe56 und 58 und damit die
Abtriebswelle 28 in entgegengesetzter Richtung zur Antriebswelle 26. Wenn der Regulierring 122 der hy- draulischen Regulierung 84 nach rechts zur Erhöhung des Übersetzungsverhältnisses bewegt wird, öffnet sich die Regulieröffnung 220, während die Abflussöffnung 222 reduziert oder geschlossen wird. Dieses ver- ursacht, dass der Flüssigkeitsdruck in der äusseren Laufring-Servo-Kammer 94 ansteigt und die äusseren
Laufringe zusammen und gegen die Kugeln gepresst werden. Hiedurch werden die Kugeln radial nach innen verlagert, den inneren Laufring 58 bei gleichzeitiger Erhöhung des Übersetzungsverhältnisses nach rechts drückend.
Durch die axiale Verschiebung des äusseren Laufringes 86 nach rechts bewegt sich auch der Nabenteil 114 nach rechts und reduziert dadurch die Regulieröffnung 220 und vergrössert die Abfluss- öffnung 222, bis der Gleichgewichtszustand in der neugewählten Übersetzungsstellung erreicht ist.
Durch die axiale Verschiebung des Regulierringes 122 nach links wird die Regulieröffnung 220 reduziert oder abgeschlossen, die Abflussöffnung 222 wird geöffnet, wodurch der Flüssigkeitsdruck in der äusseren Laufring-Servo-Kammer 94 vermindert wird. Der innere Laufring 58 wird durch erhöhten Druck nach links gepresst, wobei die Kugeln radial nach aussen bewegt werden und drücken die äusseren Laufringe 52 und 54 für eine grössere Drehzahlreduzierung auseinander. Dieses bewirkt, dass die Abflussöffnung 222 verringert und die Regulieröffnung220 vergrössert wird. bis der Gleichgewichtszustand für die neugewählte Übersetzungsstellung erreicht ist.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der innere Laufring 56 in axialer Stellung festgehalten, so dass sich die Kugelmittelpunkte bei Verstellung der Übersetzung axial verschieben. Hiedurch verteilen sich die Laufbahnen der Kugeln bei verschiedenen Übersetzungsverhältnissen auf den ganzen Umfang.
Durch den durch Überrennen des inneren Laufringes 58 verursachten Drehzahlunterschied der beiden inneren Laufringe 56 und 58 werden die Kugeln 50 zu der Rotation um Achsen parallel zur Hauptachse zusätzlich um Achsen gedreht, die senkrecht zur Hauptachse stehen. Dieses bewirkt, dass sich die Laufbahnen der Kugeln auf den ganzen Umfang verteilen und damit verteilt sich auch die Kraftübertragung über den gesamten Umfang. Dieses bedeutet, dass die Kapazität und Lebensdauer des Getriebes auch aus diesem Grunde wesentlich erhöht wird.
Der hydraulisch-dynamische Anpressdruckregulator 78 stellt eine ganz bedeutende Neuerung für Reibungsgetriebe dar. Derselbe regelt automatisch die Anpressdrücke auf den minimal notwendigen Druck unter allen Betriebsbedingungen, wodurch die Oberflächenermüdung der kraftübertragenden Elemente im Vergleich zu den bekannten Einrichtungen wesentlich herabgesetzt wird.
Durch das leichte Überrennen des Laufringes 58 wird automatisch die Veränderung der jeweiligen Reibungs-Koeffizienten berücksichtigt. Dieses ist wichtig, da sich mit steigender Ölviskosität oder steigender Drehzahl der Reibungs-Koeffizient vermindert, welches höhere Anpressdrücke zur Vermeidung von Schlupf erfordert. Umgekehrt, eine Verminderung der Ölviskosität oder Verminderung der Drehzahl erfordert geringere Anpressdrücke, da sich der Reibungs-Koeffizient erhöht. Der Reibungs-Koeffizient ver-
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mindert sich z. B. um etwa 40 0/0, wenn die Drehzahl von 1800 Umdr/min auf 4000 Umdr/min erhöht wird.
Bisher bekannte Druckrelger veränderten die Anpressdrücke nur mit dem zu übertragenden Drehmoment, weshalb diese Regler für die ungünstigsten Betriebsverhältnisse, d. h. für die maximal auftretende Drehzahl und die höchste Ölviskosität ausgelegt werden mussten. Aus diesem Grunde waren in vielen Anwendungsbeispielen die Anpressdrücke doppelt so hoch als notwendig, wodurch die Lebensdauer nach Kugellagererfahrungen auf etwa 1/8 vermindert wurde. Durch die Verminderung der Anpressdrücke sowie durch die Ausnützung der gesamten Kugeloberfläche wird die Lebensdauer dieser Getriebe durch den dynamischen Anpressdruck-Regulator also wesentlich erhöht.
Diese Verringerung von Anpressdrücken durch die Erhöhung der Kapazität dieser Getriebe erlaubt die Verwendung des Getriebes in der Automobil-Industrie, besonders da diese positiv sind und der Wirkungsgrad wesentlich höher als der der heute verwendeten sogenannten hydraulischen Drehmomentwandler ist.
Das geringe Überrennen des inneren Laufringes 58 zum Laufring 56 wird durch die Leckverluste in der Regulatorpumpe verursacht. Die Leckverluste betragen in normalem Betrieb nur etwa 1-2 la. Wenn keine Verluste wären, würde kein Überrennen stattfinden und beide inneren Laufringe 56 und 58 würden mit derselben Drehzahl umlaufen. Die erwünschte Wirkung würde damit unmöglich gemacht.
Die Leckverluste in dem dynamischen Regulator 78 verursachen eine relative Drehbewegung zwischen der Nocke 280 und dem Zylinderkörper 260, wodurch die Kugelkolben 274 entsprechend dieser DifferenzDrehzahl in den Zylinderbohrungen arbeiten.
Veränderung des Drehzahlunterschiedes bedeutet Veränderung der Drehmomentverteilung auf die inneren Laufringe und damit Veränderung des Druckes in der Regulatordruckkammer 290, welches eine entsprechende Änderung der Anpressdrücke zwischen den kraftübertragenden Laufringen und Kugeln bewirkt. Die Anpressdrücke zwischen den Kugeln und den beiden inneren Laufringen 58 und 56 sind gleich gross.
Die Drehzahldifferenz wird durch das zu übertragende Abtriebsdrehmoment und durch den Reibungs-
Koeffizienten zwischen den kraftübertragenden Kugeln und Laufringen beeinflusst. Der Reibungs-Koeffi- zient ist besonders durch die Ölviskosität und die Abwälzgeschwindigkeit beeinflusst. Mit höherer Visko- sität wird der Ölfilm dicker und der Reibungs-Koeffizient kleiner. Mit steigender Abwälzgeschwindigkeit wird der Reibungs-Koeffizient ebenfalls reduziert. Umgekehrt wird der Reibungs-Koeffizient erhöht, wenn die Ölviskosität sowie die Abwälzgeschwindigkeit reduziert werden.
Der Reibungs-Koeffizient zwischen den Kugeln und den Laufringen ist für beide inneren Laufringe derselbe, Da jedoch der innere Laufring 58 durch eine hydraulische Kupplung mit dem Laufring 56 ver- bunden ist und deshalb eine Rotations-Differenz auftritt, erfolgt ein leichter Schlupf oder ein leichtes
Kriechen zwischen den Kugeln und dem inneren Laufring 56. Dieses verursacht ein Überrennen des Lauf- ringes 58 und damit die gewünschte Operation des dynamischen Regulators 78. Der Regulator 78 sorgt automatisch für den Regulatordruck, welcher die Anpressdrücke bestimmt, die für die jeweiligen Reibungs-
Koeffizienten zwischen Kugeln und Laufringen notwendig sind.
Wenn sich der Reibungs-Koeffizient verringert, erhöht sich bei erhöhtem Schlupf die relative Rotation zwischen beiden Laufringen 58 und 56. Der dynamische Regulator erhöht damit den Anpressdruck, wodurch das Druckverhältnis "Tangential-Kraft zur Normal-Kraft"in den Kontaktpunkten zwischen Kugeln und dem inneren Laufring 58 verringert wird. Dieses reduziert sofort den Schlupf, bis das Gleich- . gewicht für den veränderten Reibungs-Koeffizienten erreicht ist. In jedem Falle werden die Anpressdrücke automatisch so geregelt, dass sie ohne unnötige Überdrücke gerade für eine möglichst positive Kraftübertragung ausreichen.
Um die Funktion des dynamischen Regulators 78 besser zu verstehen, soll die Beziehung zwischen dem Anpressdruck zu dem zu übertragenden Drehmoment betrachtet werden. Da der innere Laufring 58 den inneren Laufring 56 leicht überrennt, wird ersterer (58) immer weniger als 50 % des Gesamtabtriebdrehmomentes übertragen. Damit wird der Laufring 56 in jedem Fall mehr als 50 % des Gesamtdrehmomentes übertragen.
Da der innere Laufring 58 durch den dynamischen Regulator 78 hydraulisch mit der Abtriebswelle 28 verbunden ist, ist der erzeugte Anpressungsdruck, bedingt durch den Öldruck in der Regulierdruckkammer 290, proportional dem Anteil des Abtriebsdrehmomentes, der von dem Laufring 58 übertragen wird.
Angenommen, die Kugeln übertragen die Kraft absolut positiv auf den inneren Laufring 56, was selbstverständlich nur theoretisch möglich ist, z. B. mit feiner Verzahnung an Kugeln und Laufring 56. In diesem Fall würde der innere Laufring 58 mit derselben Drehzahl wie Laufring 56 umlaufen und kein
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Drehmoment würde durch den Laufring 58 übertragen werden, das eine Drehzahldifferenz der beiden inneren Laufringe verursachen könnte. Damit würde der hydraulische Regulatordruck und somit der Anpressdruck Null sein, wenn keine Anpressdrücke notwendig sind.
Wenn ein sehr hoher Reibungs-Koeffizient zwischen den Kugeln und Laufringen vorhanden wäre, wür- de das vom Laufring 58 zu übertragende Drehmoment sehr klein werden. Hiedurch würden die vom dynamischen Regulator erzeugten Anpressdrücke ebenfalls sehr klein werden.
Bei kleiner werdenden Reibungs-Koeffizienten wird das vom inneren Laufring 58 zu übertragende Drehmoment grösser, das bedeutet, dass der dynamische Regulator 78 automatisch für höhere Anpressdrücke sorgt.
Bei einem unendlich kleinen Reibungs-Koeffizienten ist selbstverständlich das zu übertragende Abtriebsdrehmoment für den inneren Laufring 58 genau 50 % (natürlich nur theoretisch möglich). Diese würden den maximal möglichen Anteil des Abtriebsdrehmomentes und damit den maximal möglichen An- pressungsdruck bewirken.
In jedem Fall regelt der dynamische Regulator 78 automatisch die Anpressdrücke wie benötigt. Er berücksichtigt nicht nur die Änderung des Abtriebsdrehmomentes, sondern auch die Änderung des ReibungsKoeffizienten.
Wie bereits früher erklärt, ist der Einlass-Öldruck für den dynamischen Regulator gleich dem Pumpendruck in dem Druckringraum 106 des Drehzahlregulators 84. Da der Pumpendruck sich mit dem zu übertragenden Drehmoment verändert, wird damit auch der dynamische Regulator 78 beeinflusst.
Diese Verbindung ist von Bedeutung, wenn das Übersetzungsverhältnis dieses Getriebes reduziert wird. Wenn zur Reduzierung des Übersetzungsverhältnisses der Regulierring 122 nach links bewegt wird, steigt der Pumpendruck auf den maximal möglichen Wert und erhöht damit entsprechend den Öldruck in der dynamischen Druckkammer 290. Die inneren Laufringe 56 und 58 werden damit durch zusätzlichen Druck gegen die Kugeln gepresst, wodurch eine sichere, schlupffreie Kraftübertragung während der Drehzahlreduzierung gewährleistet ist.
Nach vorhergehendem bietet die gegenständliche Erfindung grosse Vorteile hinsichtlich Wirkungsgrad, Drehzahlverstellbereich, Kapazität und Lebensdauer von mechanischen, stufenlosen Reibungsgetrieben.
Verschiedene Variationen und konstruktive Änderungen sind natürlich nach dieser Erfindung möglich.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Stufenlos regelbares Reibkugelgetriebe mit zwischen je zwei äusseren und inneren Laufringen sich abwälzenden Kugeln, an welche die Laufringe hydraulisch angepresst werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung eines gewünschten Übersetzungsverhältnisses eine Regeleinrichtung (84) vorgesehen ist, die eine Pumpe (100) einer hydraulischen Anpressvorrichtung (94) für die äusseren, mit der Antriebswelle (26) mechanisch verbundenen Laufringe (52,54) aufweist, und dass einer der inneren Laufringe (56) mit der Abtriebswelle (28) mechanisch, mit dem andern Laufring (58) hingegen über eine weitere Pumpe (78) hydraulisch verbunden ist.