Reibradgetriebe mit veränderlicher Übersetzung. Bei bekannten Reibradgetrieben mit ver änderlicher Übersetzung werden die benötig ten Reibungskräfte nur an verhältnismässig wenig Berührungsstellen erzeugt, da es kon struktiv schwierig ist, eine grosse Zahl von Reibkörpern bei den durch die unumgäng liche Schmierung erforderlichen, hohen An pressungsdrücken so zu lagern, dass die zur Übersetzungsänderung grundsätzlich notwen dige Verschiebbarkeit der Reibkörper erhal ten bleibt. Anderseits bedingen diese weni gen Berührungsstellen auch höhere Anpres sungsdrücke, die in den Lagern hohe Rei bungsverluste erzeugen, denn die Anpres sungsdrücke müssen beim Rollen von Metall auf Metall 30- bis 40mal so gross sein als die erforderliche Reibungskraft.
Bei einigen bekannten Reibradgetrieben werden die Reibkörper zur Aufhebung der Lagerdrücke von freien Ringen umschlossen, die um so stärker an die Reibkörper an gepresst werden, je höher die notwendige Rei bungskraft wird. Da sich hierbei die Reib- körper unmittelbar aufeinander oder über Zwischenreibkörpern abrollen, heben sich alle Anpressungsdrücke auf und verursachen da her keine Lagerreibungsverluste. Weil bei diesen Bauarten die Änderung des über- setzungsverhältnisses grundsätzlich durch achsiale Verschiebung der Reibkörper und meist auch der Ringe erfolgen muss, können aus räumlichen Gründen auch nur wenige Reibkörper angeordnet und daher nur wenige Berührungsstellen erreicht werden.
Geringe Abmessungen bei einer grossen Zahl von Berührungsstellen sind nur bei Änderung des Übersetzungsverhältnisses durch Radialverschiebung der Reibkörper er reichbar. Um dann die radialen Lagerdrücke klein zu halten, muss man die Reibkörper so ausbilden, dass nur eine kleine Komponente der Anpressungsdrücke in radialer Richtung wirksam wird. Erreicht wird dies durch Ausbildung der Reibkörper als flachkegelige Scheiben, die bei geringen Achsialabmessun- gen (kurze Wellen) die Unterbringung zahl- reicher Eingriffsstellen ermöglichen. Vor ausgesetzt ist dabei., dass die zur Vermeidung des Klemmens notwendige Achsialführung der Scheiben nicht zuviel achsiale Baulänge erfordert.
Dies ist aber bei der bisher be kannten und bisher angewendeten strengen Führung der Fall.
Nach vorliegender Erfindung werden da gegen auf einer Mittelwelle mehrere achsial verschiebbare und achsial zusammengepresste Reibkörper, die bis auf einen Reibkörper, der fest auf der Mittelwelle sitzt, achsial so geführt sind, dass sie sich schief zur Wel lenachse stellen können, dadurch wenigstens annähernd in Ebenen senkrecht zur Mittel welle gehalten.
dass sie mit Gegenreibkörpern in Eingriff stehen, deren zwischen je die gleichen Reibkörper greifende Reibränder wenigstens annähernd gleiche achsiale Breite haben Lind die auf mehreren, in gleichen Ab ständen von der Mittelwelle liegenden Aussen wellen gleichfalls verschiebbar angeordnet sind und sieh ebenfalls schräg zu der zu gehörigen Aussenwolle einstellen. können, wo bei die Summe der Reibrandbreiten jeder Gegenreibkörperreihe gleich gross ist und die Änderung des Übersetzungsverhältnisses durch Änderung jener Wellenabstände er folgt.
Dadurch, dass die Summe der Reib randbreiten von jeder der auf den Aussen wellen befindlichen Gegenreibkörperreihen gleich gross ist. werden die beweglichen Reib körper der Mittelwelle achsial über diese Ge genreibkörper gegen die obenerwähnte, fest auf der Mittelwelle sitzende Scheibe an den Berührungsstellen abgestützt und dadurch genau so geführt, als ob sie die bisher an gewendete strenge Führung von grosser Ach siallänge besitzen würden. Diese neuartige Führung erfordert daher mindestens zwei Reihen von Gegenreibkörpern, die dann genau symmetrisch zur Mittelwelle anzuordnen sind.
Dass hierbei die Scheiben nur in der Linie eines Durchmessers und nicht in einer Ebene geführt werden. ist für die klemm freie Führung unbedenklich. Eine Schwen kung der Scheiben um diesen Durchmesser während des Laufes (Flattern der Scheiben) ist wegen ihrer Kreiselwirkung bei hohen Drehzahlen nicht möglich.
Durch die aus vorliegender Erfindung folgende, neuartige, klemmfreie Führung wird erreicht, dass der achsial wirksame An pressungsdruck an allen Berührungsstellen der Reib- und Gegenreibkörper gleich gross ist, da durch die Möglichkeit der Schiefstel lung etwaige Herstellungsungenauigkeiten ausgeglichen werden und auch während der Übersetzungsänderung ein Klemmen der Reibkörper bei der Achsialverschiebung nicht auftreten kann.
Wie aus Abb. 1, die einen Längsschnitt, und Abb. ':)., die einen Querschnitt durch ein Beispiel des Getriebes darstellt, hervorgeht, sind auf die Keilwelle cr mehrere kegelige Reibkörper b achsial verschiebbar aufgereiht. Diese Reibkörper, im folgenden als Kegel scheiben bezeichnet, werden in zur Achse senkrechter Ebene dadurch gehalten, dass zwischen sie zwei oder mehr - vorzugsweise drei - Reihen von Reibscheiben c eingreifen, die auf der entsprechenden Zahl von Keil wellen d - hier drei - gleichfalls verschieb bar aufgereiht sind. Zur Verringerung des relativen Gleitens der Scheiben b und c auf einander sind die Reibscheiben c mit nur relativ dünnen Reibrändern versehen.
Diese Reibränder besitzen wenigstens annähernd gleiche achsiale Breite und die Summe der Reibrandbreiten jeder der drei äussern Reib körperreihen ist gleich gross. Die Scheiben c sind ebenso wie die Kegelscheiben b an der Bohrung hallig ausgearbeitet (itt Abb. 1. nicht dargestellt), um eine geringe Schräg lage gegen ihre Keilwelle zu ermöglichen. Durch die relativ hohen Drehzahlen stellen sie sich infolge der Kreiselwirkung selbst tätig senkreelit zur Keilwelle d ein. Die Keilwellen d sind in Schwenkhebeln e dreh bar gelagert, welche auf durchgehende Ach <I>sen f</I> aufgekeilt sind.
Werden die Schwenk bebel e, uni die Achsen im Sinne der voll- ausgezogenen Pfeile gedreht, so nähern sich die äussern Keilwellen d (Aussenwellen) der mittleren Keilwelle a (Mittelwelle), die Scheiben c tauchen tiefer zwischen die Kegel- scheiben b, wodurch die Übersetzung zwi schen der Mittelwelle a und den Aussenwellen d vergrössert wird.
Dabei werden die Kegel scheiben b achsial auseinandergeschoben, und zwar gegen den Druck der Feder g, welche den zur Mitnahme notwendigen Anpressungs druck erzeugt, der sich von der ersten Ke gelscheibe, auf welche die Feder drückt, bis zur letzten Kegelscheibe, die mit dem andern Wellenende fest verbunden ist, gleichmässig fortpflanzt. Bei steigender Übersetzung zwi schen der Mittelwelle a und den Aussenwellen d wird der Anpressungsdruck durch den stei genden Federdruck selbsttätig erhöht. Durch entsprechende Ausbildung der Feder, z. B. als Kegelfeder oder zusammengesetzte Feder, kann der Anpressungsdruck in jede ge wünschte Abhängigkeit zu der Übersetzungs änderung gebracht werden. Aber auch von andern Grössen, wie z.
B. der Antriebsdreh zahl, kann der Anpressungsdruck mit Hilfe der Feder g in einfacher Weise in Abhängig keit gebracht werden, wie dies als Beispiel in Abb. 1 durch die Fliehkraftgewichte h angedeutet ist. Durch diese Anordnung lässt sich errei chen, dass bei Absinken der Antriebsdrehzahl auf einen bestimmten Wert (Leerlaufdreh zahl) die Feder g vollkommen entspannt und dadurch der Reibungsschluss zwischen den Kegelscheiben b und den Scheiben e voll ständig aufgehoben wird, da sich diese von einander trennen. Diese Trennung kann durch schwache Federn zwischen den einzelnen Ke gelscheiben noch unterstützt werden. Steigt dagegen die Antriebsdrehzahl, so wird die Feder g wieder gespannt und der Reibungs schluss wieder hergestellt.
Das Getriebe kann also gleichzeitig als drehzahlabhängige Kupplung verwendet werden, bezw. macht diese - im Gegensatz zu bekannten Getrie ben - überflüssig.
Damit die Aussenwellen d bei allen Über setzungen alle den gleichen Abstand von der Mittelwelle a behalten, können die Schwenk bewegungen der Schwenkhebel e durch Kup pelstangen i oder durch Zahnräder zwangs- läufig gleichgehalten werden. Diese Kupp lung erlaubt, durch Bewegen eines Schwenk hebels von aussen, z. B. von Hand durch den Handhebel kc, jedes Übersetzungsverhältnis einstellen zu können. Von den Aussenwellen d wird die Drehung durch die auf ihnen festgekeilten Ritzel Z und die auf den Schwenkachsen<I>f</I> gelagerten Zahnräder<I>m</I> auf das gemeinsame Zahnrad n und damit auf den Wellenzapfen o übertragen, der in dem Getriebegehäuse p gelagert ist.
Ein. weiterer Vorteil vorliegenden Getrie bes ist die Möglichkeit, es ohne weiteres als vollkommen selbsttätiges Getriebe ausbilden zu können, so dass sich ein beliebiges Über setzungsverhältnis in Abhängigkeit von irgend einer Zustandsgrösse, z.
B. dem Dreh moment an der Abtriebsseite oder der Dreh zahl an der Antriebsseite, vollkommen selbst tätig einstellt.' Werden die Schwenkhebel e nicht, wie oben durch den Handgriff k ge zeigt, auf ein bestimmtes Übersetzungsver- hältnis festgehalten, sondern freigegeben, so werden die Scheiben c unter der Wirkung der an den Aussenwellen d wirkenden Kraft g, welche gleich dem Zahndruck Z, und damit proportional dem abgegebenen Drehmoment ist, so tief zwischen die Kegelscheiben b ge drückt, bis die Summe der radial nach aus wärts wirkenden Komponenten des Achsial druckes der Feder g der Radialkomponente der Kraft K das Gleichgewicht hält,
woraus ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis folgt. Durch die obenerwähnte Ausbildung der Feder g kann zum Beispiel erreicht werden, dass bei doppelt so hohem Abtriebsdreh moment die Übersetzung auf den doppelten Wert steigt, das heisst die Abtriebsdrehzahl auf den halben Wert sinkt, somit die Ab triebs- und damit auch die Antriebsleistung gleich bleiben, wobei auch Antriebsdrehzahl und Antriebsdrehmoment unverändert sind.
Wird nun zum Beispiel die Antriebsdreh zahl gesenkt, so wird die Feder g von den Fliehkraftgewichten h entsprechend entlastet, die Scheiben c werden noch tiefer zwischen die Kegelscheiben b gedrückt und damit sinkt aueh die Abtriebsdrehzahl bei gleich- bleibendem Abtriebsdrehmoment, das heisst in diesem Fall sinkt dann auch, wie ge wünscht, die Abtriebsleistung.
Will man zur Schonung der Reibscheiben wenigstens in einem gewissen Betriebsbereich nicht die vol len, vom Zahndruck herrührenden Kräfte über diese auf die Feder g einwirken lassen, so kann man an dem die Schwenkhebel auf weisenden beweglichen Aggregat Zusatz federn g' befestigen, die, ebenso wie die Hauptfeder g, während des Betriebes will kürlich von Hand oder selbsttätig in Abhän gigkeit von einer der Zustandsgrössen ver ändert werden können, wodurch die selbst tätige Einstellung der Übersetzung gleich falls beeinflusst werden kann. Dabei kann die Zusatzfederung g' auf einem Teil des Verstellweges dem Zahndruck entgegenwir ken und ihn auf dem restlichen Teil unter stützen.
Um die erwähnte Komponente des Ach- sialdritcL-es der Feder g, welche der Kraft K entgegenwirkt, in eine gewünschte Abhän gigkeit vom Übersetzungsverhältnis zu brin gen, kann nach Abb. 3 die Erzeugende der Kegelscheiben anstatt eine Gerade auch eine konkave oder konvexe Kurve sein. Die Er zeugende des Reibrandes der Scheiben c ist dann dementsprechend gleichfalls eine Kurve.
Um die Lebensdauer der Reibscheiben zu erhöhen, kann das Getriebe so ausgebildet werden, dass bei Abtriebsdrehmomenten, die kleiner als das grösste Antriebsdrehmoment sind, wobei eine Übersetzung zwischen An triebs- und Abtriebsseite nicht mehr erfor derlich ist, also zum Beispiel bei Fahrzeugen während der Fahrt auf der Ebene oder auf kleiner Steigung, die Reibscheiben gegenein ander stillstehen und die Antriebsseite mit der Abtriebsseite unmittelbar gekuppelt wird.
Wie aus Abb. 4, die einen Längsschnitt durch ein zweites Beispiel des erfindungs gemässen Getriebes zeigt, hervorgeht, werden beispielsweise in diesem Fall die Aussen wellen d und die Schwenkhebel e mit ihren Achsen f von einer Trommel q getragen, wel che mit den Lagern r- und 3-' im Getriebe gehäuse p gleichmittig mit der Welle a ge- lagert ist. In diese Trommel ist das Aussen rad s eines Planetenradsystems eingebaut, dessen Planetenräder s' durch den Wellen stumpf t angetrieben werden, während das Sonnenrad s" auf der Mittelwelle a fest ver keilt ist und diese mit Übersetzung ins Schnelle antreibt.
Solange das Abtriebsdrehmoment am Wellenstumpf o grösser ist als das Antriebs drehmoment am Wellenstumpf t, ist gegen über der obenbeschriebenen Ausführung kein Unterschied, denn die Trommel q wird durch den Drehmomentsunterschied (Reaktions drehmoment) entgegen der Antriebsdrehrich tung gegen den Freilauf u gedrückt, der so mit die Trommel geigen Drehung entgegen der Antriebsdrehrichtung sperrt; die Trom mel steht also still.
Erst wenn mit sinken dem Abtriebsdrehmoment die Scheiben c so weit aus den Kegelscheiben herausgetreten sind. dass das Gesamtübersetzungsverhältnis vorn Antriebswellenstumpf t zum Abtriebs- wellenstiimgf o den Wert 1 erreicht, das heisst, Antriebs- und Abtriebsdrehmoment, sowie Antriebs- und Abtriebsdrehzahl gleich gross sind, beginnt die Trommel q gleichsinnig mit der Antriebsdrehrichtung umzulaufen.
Dadurch sinkt der Drehzahlunterschied zwi schen dem Antriebswellenstumpf t und dem Aussenrad s, somit auch die Eigendrehzahl der Planetenräder .s' und die Drehzahl des Sonnenrades s" und der Mittelwelle a. Die Trommel q läuft immer schneller um, da an ihr nur beschleunigende Kräfte auftreten.
Schliesslich stehen die Planetenräder s' auf ihren Zapfen still, und die Drehzahl des Sonnenrades s" und der Mittelwelle a wird gleich der Antriebsdrehzahl bezw. wegen des Umstandes, dass das Übersetzungsverhältnis gleich 1 ist, gleich der Abtriebsdrehzahl. Ein weiteres Steigen der Trommeldrehzahl, die in diesem Augenblick auch gleich der Antriebs- bezw. Abtriebsdrehzahl ist, und damit ein weiteres Sinken der Drehzahl des Sonnen rades und der Mittelwelle a unter diese, allen übrigen um die Achse der Welle a umlaufen den Teile gemeinsame Drehzahl,
wird durch den Freilauf r verhindert, der eine gegen- sinnige Drehung der Mittelwelle a gegenüber dem Abtriebswellenstumpf o verhindert. Da mit laufen jetzt die Teile t, s', s", a, b, n, o, die Trommel q sowie die von ihr getragenen Teile mit gleicher Drehzahl um die Achse des Getriebes um, die Reibscheiben sind da bei gegenseitig in Ruhe. Um das Moment der Fliehkraft der Scheiben c um die Schwenkachsen f aufzuheben, sind an den Schwenkhebeln Gegengewichte w angebracht.
Die gleiche Wirkung wie durch den Frei lauf v kann auch dadurch erreicht werden, dass sich die Scheiben c, wie in Abb. 4 ge strichelt angedeutet. in ihrer äussersten Stel lung reibschlüssig gegen die innere Seite der Trommel q legen und dadurch die Kupplung aller umlaufenden Teile bewirken.
Um speziell bei höheren Getriebeleistun gen im eben beschriebenen Kupplungszustand nicht die dann grössere Masse der Scheiben c mit voller Motordrehzahl umlaufen zu lassen, kann nach Abb. 5 das Getriebe so ausgebildet werden, dass dann die Reibscheiben nicht nur gegenseitig, sondern auch im Raum still stehen.
Um dies zu erreichen, wird auch auf der Abtriebsseite ein Planetenrädersystem einge baut, dessen Aussenrad x mit dem Aussenrad s des Planetenradsystems auf der Antriebs seite über Zahnräder x., und s., durch die im Gehäuse p gelagerte Welle y gekuppelt sind. Das Sonnenrad x" wird von den auf den Schwenkachsen f gelagerten Zahnrädern m über nicht gezeichnete Zwischenräder, die nur zur Umkehr der Drehrichtung dienen, und das Zahnrad n angetrieben. Die Pla netenräder x' treiben über ihre Lagerzapfen den Abtriebswellenstumpf o an.
Solange das Übersetzungsverhältnis von dem Antriebs zapfen t über die Reibscheiben auf den Ab triebszapfen o grösser ist als das Überset zungsverhältnis über die Räder s, 321 die Kuppelwelle y und die Räder x2, x, ist ge genüber der Ausführung nach Abb. 1 kein Unterschied in der Wirkungsweise vorhan den, denn die Welle y und die Aussenräder x und s werden durch den Drehmoments unterschied (Reaktionsdrehmoment) -- wie bei Abb.
4 die Trommel q - an einer ent sprechenden Drehung dank des Freilaufes u gehindert, stehen also still. Erst wenn, wie dort, die Scheiben c so weit aus den Kegel scheiben b herausgetreten sind, dass das Ge samtübersetzungsverhältnis in dem Kraftweg über die Reibscheiben kleiner ist als das Ge samtübersetzungsverhältnis in dem Kraftweg der Räder s', s, s2, x2, <I>x,</I> x' und der Welle<I>y,</I> beginnen die letzterwähnten Räder und die Welle y immer schneller umzulaufen, wäh rend die Drehzahl der Sonnenräder s" und x" bis zum Stillstand sinkt, ja, diese sogar ihre Drehrichtung umkehren würden,
wenn sie nicht durch den Freilauf v gesperrt würden. Selbstverständlich können die einzelnen Teile der Planetenrädersysteme ihre Rolle vertau schen, das heisst, es könnten zum Beispiel die Planetenräder x' durch das Zahnrad 7i, und der Wellenstumpf o durch das Sonnen rad x" angetrieben werden.
Die Wirkungsweise der Ausführung nach Abb. 5 ist also die gleiche wie nach Abb. 4, nur stehen, wenn der Abtrieb über die Welle y erfolgt, die Reibscheiben also nicht um laufen, die Planetenräder nicht auf ihren Zapfen still, da diese mit der Antriebsdreh zahl umlaufen und die Planetenräder sich auf den stillstehenden Sonnenrädern s" und x" abwälzen. Weiter laufen die Aussenräder hier nicht mit der Antriebsdrehzahl um, son dern entsprechend den Zähnezahlverhältnis sen der Planetenrädersysteme schneller.
Das Getriebe nach Abb. 1 und 2 kann selbstverständlich auch in irgend einer Weise mit einem Zahnradgetriebe kombiniert werden. Erwähnt seien vor allem die Aus führungen als Verzweigungsgetriebe, bei denen bei allen Übersetzungsverhältnissen ein Teil der Leistung zum Beispiel von dem Aussenrad eines Planetenradsystems über tragen wird, dessen Planetenräder angetrie ben werden, während das Sonnenrad ein Reibradgetriebe nach Abb. 1 und 2 antreibt, dessen Abtriebsseite dann wieder fest mit dem genannten Aussenrad gekuppelt ist.
Diese Verzweigungsgetriebe bieten, wie be kannt, den Vorteil, dass über den Zweig, des- sen Übersetzungsverhältnis veränderlich ist, nur ein Teil der Leistung übertragen werden muss. Aus dem Vorangehenden ergeben sich folgende wichtigste Vorteile: 1. Die grosse Zahl der Berührungsstellen gestattet niedrige Anpressungsdrücke und damit hohe Drehzahl der Reibscheiben, woraus die Möglichkeit hoher Leistung folgt; 2. das achsiale Zusammenpressen der Reibscheiben durch die Feder g bewirkt, dass auch grössere Abnutzungen die Anpressungs drücke nur unwesentlich ändern;
3. billige Herstellung, da die Reibschei ben wegen ihrer einfachen Form für Massen erzeugung gut geeignet sind und sich Ge triebe verschieden grosser Leistungen durch Aufreihen von mehr oder weniger Reibschei ben auf die Keilwellen zusammensetzen las sen; 4. die Einfachheit der baulichen Gestal tung, durch welche das Getriebe als selbst tätiges Getriebe ausgebildet werden kann, vor allem durch die Lagerung der Aussen wellen in Schwenkhebeln, die durch den Zahndruck gegen die Wirkung der Feder g und etwaiger Zusatzfedern g' mehr oder weniger ausschwenken und dadurch das Übersetzungsverhältnis ändern. Diese ein fache Schwenkbewegung und damit die Übersetzungsänderung folgt den raschesten Belastungsänderungen; 5.
Die Möglichkeit, durch vollkommene Entlastung der Feder g das Getriebe auch als Kupplung verwenden zu können; 6. die Möglichkeit der genauen Anglei chung der Feder g an eine hyperbelähnliche Charakteristik, welche eine genau konstante; Leistungsaufnahme des Getriebes bei den verschiedenen Abtriebsdrehmomenten be wirkt, ist günstig für einen Antriebsmotor (Dieselmotor) gleicher Leistung, der gegen Überschreiten eines bestimmten Antriebs drehmomentes sehr empfindlich ist; 7. die Möglichkeit, durch Ausbildung des Getriebes nach Abb. 4 bezw. 5 den relativen bezw. absoluten Stillstand der Reibscheiben bei kleineren Abtriebsdrehmomenten (z. B. bei Fahrt auf der Ebene) - die während des grössten Teils der Betriebszeit gegeben sind - zu erreichen und dadurch die Le bensdauer des Getriebes entsprechend zu er höhen.