CH399855A

CH399855A - Stufenlos regelbares Geschwindigkeitswechselgetriebe

Info

Publication number: CH399855A
Application number: CH1184761A
Authority: CH
Inventors: Kashihara Manabu
Original assignee: Kashihara Manabu
Priority date: 1960-11-04
Filing date: 1961-10-13
Publication date: 1965-09-30
Also published as: GB919430A; DE1217166B

Description


  Stufenlos regelbares     Geschwindigkeitswechselgetriebe       Die Erfindung     betrifft    ein stufenlos regelbares  Geschwindigkeitswechselgetriebe. Bisher sind stu  fenlos regelbare Geschwindigkeitswechselgetriebe mit  einem Paar Kegelrädern, die mit einem Punkt einer  Kugel aus einem Satz Kugeln in Berührung stehen,  und mit einem Betätigungsmittel zum     Ändern    der  Neigung der Kugeldrehachsen bekannt. Sie weisen  ausgezeichnete Eigenschaften in bezug auf die Än  derung der     Abtriebswellengeschwindigkeit    innerhalb  eines grossen Bereichs auf, haben jedoch nicht nur  den Nachteil konstruktionstechnischer Schwierigkei  ten in der Lagerung der Kugel, sondern auch den  eines ungünstigen Druckkontaktes zwischen den Ku  geln und den Kegelrädern.

   Bei den bisher bekannten,  stufenlos regelbaren     Geschwindigkeitswechselgetrie-          ben    ist die zu übertragende Kraft unvermeidlicher  weise auf einen verhältnismässig kleinen Bereich be  schränkt.  



  Ein Ziel der Erfindung besteht darin, die vor  stehend genannten Schwierigkeiten zu überwinden  und ein stufenlos regelbares Geschwindigkeitswech  selgetriebe mit günstigen     Druckkontaktbedingungen     zu schaffen, das eine verhältnismässig grosse Kraft  übertragen kann.  



  Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin,  ein stufenlos regelbares Geschwindigkeitswechselge  triebe von relativ einfacher Konstruktion und langer  Lebensdauer zu schaffen, das sich mit verhältnis  mässig niedrigen Fertigungskosten herstellen lässt.  



  Ein stufenlos regelbares Geschwindigkeitswech  selgetriebe nach der Erfindung besitzt ein Räderpaar,  eine oder mehrere, die Räder jeweils in einem Punkt  berührende Kugeln, einen oder mehrere Sätze auf  einem kleinen Kreis auf der kugelförmigen Ober  fläche jeder grossen Kugel laufender kleiner     Kugeln,     Mittel zum Anordnen und Halten des Satzes kleiner  Kugeln auf dem kleinen Kreis, und eine Betätigungs-         vorrichtung    zum     Ändern    der Stellung der     Mittel    in  bezug auf die Räder, wobei jede grosse Kugel wäh  rend der Kraftübertragung um eine durch den Mittel  punkt des kleinen Kreises und durch ihren eigenen  Mittelpunkt gehende Achse läuft,

   und die Wirkungs  radien der grossen Kugel gegenüber den Rädern  durch die     Betätigungsvorrichtung    veränderbar sind.  



  Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Be  schreibung. In der Zeichnung sind einige Ausfüh  rungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt,  und zwar zeigen:       Fig.    1 einen Längsschnitt durch ein stufenlos  regelbares Geschwindigkeitswechselgetriebe nach der       Erfindung,          Fig.2    ebenfalls einen Längsschnitt durch das  stufenlos regelbare Geschwindigkeitswechselgetriebe  nach     Fig.    1, wobei jedoch das Getriebe in der Stel  lung gezeigt ist, die einem     übersetzungsverhältnis    1  entspricht,       Fig.    3 einen Querschnitt nach Linie     III-III    in       Fig.    2,

         Fig.    4 die     Druckkontaktverhältnisse    des stufenlos  regelbaren Geschwindigkeitswechselgetriebes nach  der Erfindung,     verglichen    mit einem herkömmlichen  Getriebe,       Fig.5    einen Längsschnitt durch ein stufenlos  regelbares Geschwindigkeitswechselgetriebe nach der       Erfindung,    das mit Ausnahme seiner     Tandemkon-          struktion        ähnlich    wie das     in        Fig.    1 gezeigte Getriebe  konstruiert ist,

   und       Fig.6    einen Längsschnitt durch ein weiteres  stufenlos regelbares Geschwindigkeitswechselgetriebe  nach der Erfindung, wobei die Umdrehung der  grossen Kugeln auf die     Abtriebswelle    übertragen wird.  



  In     Fig.    1 ist der Kasten des     Geschwindigkeits-          wechselgetriebes    mit 1, die Antriebswelle mit 2 und  die     Abtriebswelle    mit 3 bezeichnet.      Die Antriebswelle 2 ist in Lagern 5, 5' in einem  auf dem Kasten 1 vorgesehenen Gehäuse 4 und die       Abtriebswelle    3 in Lagern 7, 7' in einem auf dem  Kasten 1 angeordneten Gehäuse 6 drehbar gelagert.

    Auf der Antriebswelle 2 ist ein Bund 9 angeordnet,  und auf ihr Ende ist mittels eines Federkeils 11  ein Kegelrad 10     aufgekeilt.    Der Bund 9 auf der  Antriebswelle 2     liegt    der     Seitenfläche    des inneren  Laufringes des Lagers 5' gegenüber, und zwischen  dem Bund 9 und dem Kegelrad 10 ist eine Feder  12 zum Erzeugen von     Eingriffsdrücken    zwischen den  Kegelrädern 10 und mehreren grossen Kugeln 13 an  geordnet. Die     Abtriebsseite    ist ähnlich gebaut und  weist einen Bund 14, ein Kegelrad 15, einen Feder  keil 16 und eine Feder 17 auf, um Eingriffsdrücke  zwischen dem Kegelrad 15 und den grossen Kugeln  13 herzustellen.  



  Jede grosse Kugel greift an einem kleinen Kreis  auf ihrer kugelförmigen     Oberfläche    einen Satz kleiner  Kugeln 18 an und dreht sich während der Kraftüber  tragung um eine axiale Linie     X-X,    die durch ihren  eigenen Mittelpunkt 0 und den Mittelpunkt 0' des  kleinen Kreises hindurchgeht. Jeder Satz kleiner Ku  geln 18 für jede grosse Kugel 13 wird auf einer  Laufbahn gehalten, die auf dem konkaven Teil 21  eines in eine Zahnstange 19 eingreifenden Segment  zahnrades 20 angeordnet ist. Jede Zahnstange 19  für jedes Zahnsegment 20 greift in eine an dem  gemeinsamen Ring 24 vorgesehene     Axialnut    ein, an  der sie auch befestigt ist.

   Alle Zahnsegmente 20  werden gleichzeitig bewegt, um dieselbe Phasenlage       einzunhemen,    und zwar durch einen Bedienungsgriff  22, der an dem     Ring    24 befestigt ist und einen in  dem Kasten 1 vorgesehenen Schlitz 23 durchsetzt.  



  In dem vorstehend erläuterten, stufenlos regel  baren     Geschwindigkeitwechselgetriebe    erfolgt die  Kraftübertragung durch die Antriebswelle 2, das  Kegelrad 10, die grossen Kugeln 13, das     Kegelrad    15  und die     Abtriebswelle    3. Die Erzeugung der Ein  griffsdrücke zwischen den grossen Kugeln 13 und  den kleinen Kugeln 18 erfolgt durch das Zusammen  wirken der Reaktionskraft     zwischen    dem Kegelrad 10  und den grossen Kugeln 13 und einer Reaktionskraft       zwischen    dem Kegelrad 15 und den grossen Ku  geln 13.    Während der Kraftübertragung dreht sich jede  grosse Kugel um die Achse X-X.

   Und wenn der  Wirkungsradius der Umdrehung des Kegelrades 10  gleich dem Wirkungsradius der Umdrehung des  so Kegelrades 15 ist, dann ergibt sich eine Dreh  geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Kegelrädern  10, 15 proportional zu     R,-R2.    R, und R2 sind die  Entfernungen von der Achse X -X zum Druckpunkt  des     Kegelrades    10 bzw. 15.  



       5s    In dem in     Fig.    1 gezeigten Zustand wird die  Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle 2 zu der Ab  triebswelle 3 verringert, und bei dem in     Fig.    2 darge  stellten Zustand dreht sich die     Abtriebswelle    3 mit  der gleichen Geschwindigkeit wie die Antriebswelle 2.    Das stufenlos regelbare Geschwindigkeitswechselge  triebe steigert die Geschwindigkeit der     Abtriebswelle     3 durch Verstellen des Griffes 22 aus seiner in     Fig.    2  veranschaulichten Stellung nach rechts und verringert  die Geschwindigkeit der     Abtriebswelle    3 durch Ver  stellen des Griffes 22 aus seiner in     Fig.    2 gezeigten  Stellung nach links.  



  Ein Merkmal des oben beschriebenen, stufenlos  regelbaren Geschwindigkeitswechselgetriebes besteht  darin, dass die grossen Kugeln 13 keine Welle haben,  sowie in einer ziemlich einfachen Ausbildung des  Lagermechanismus. Ein anderes Merkmal des stufen  los regelbaren Geschwindigkeitswechselgetriebes be  steht darin, dass die     Druckkontaktverhältnisse    zwi  schen den grossen Kugeln 13 und den Kegelrädern  10, 15 günstig sind.

   Wenn zwei Kegelmäntel     Cl     und C2 entsprechend     Fig.4a    und 4b angenommen  werden, die Stellen von     Hertzschen    Druckkontakt  bereichen enthalten, dann ergibt sich folgendes       Schlupfverhältnis    s:  
EMI0002.0032     
    Hierbei ist:     r1    der auf dem Kegelmantel     C1     gegebene Wirkungsradius  r,     ",a,    der     Höchstwert    von     r1     r, ",i" der     Mindestwert    von     r1     r2 der auf dem Kegelmantel C2  gegebene Wirkungsradius  r2 der Höchstwert von r2  <B>r2</B>     nlin    der Mindestwert von r2.

    



  Der maximale     Schlupfbetrag    im     Hertzschen          Druckkontaktbereich    wird mit einem Wert propor  tional zu dem oben erwähnten angegeben.  



  Soviel bekannt ist, nehmen die herkömmlichen  stufenlos regelbaren Geschwindigkeitswechselgetriebe  dieser Art eine Form an, wie sie in     Fig.4b    und       Fig.4b'    gezeigt ist, und es ergibt sich folgendes       Schlupfverhältnis    s:  
EMI0002.0047     
    In diesem Fall treibt ein Punkt mit einer Höchst  geschwindigkeit einen Punkt mit einer Mindest  geschwindigkeit, und umgekehrt. Das     Schlupfverhält-          nis    nimmt dann im Vergleich zu dem Wert bei  einem stufenlos regelbaren Geschwindigkeitswechsel  getriebe nach der Erfindung, bei dem ein Punkt mit  einer Höchstgeschwindigkeit einen Punkt mit einer  Höchstgeschwindigkeit treibt, und umgekehrt, einen  sehr hohen Wert an.

   Das bedeutet, dass das Ge  schwindigkeitswechselgetriebe nach der Erfindung  durch Steigern der Berührungsdrücke in kleiner  Grösse hergestellt werden kann oder dass es durch  Verbessern der     Berührungsdruckverhältnisse    sehr  haltbar gebaut werden kann. Weiterhin verschiebt  sich, da die grossen Kugeln 13 in dem erfindungs  gemässen Geschwindigkeitswechselgetriebe nicht auf      irgendeiner Welle gelagert sind, die Kreisbahn der       Berührungsdruckpunkte    allmählich, und ein kleiner  Kreis auf der grossen Kugel, auf den bisher kein  Berührungsdruck ausgeübt wurde, wird nunmehr in  den Berührungsdruck einbezogen. Demzufolge wer  den die grossen Kugeln nicht an einem     bestimmten     Teil abgenutzt.  



  Das Kegelrad 10 oder das Kegelrad 15 in dem  in     Fig.    1 gezeigten Geschwindigkeitswechselgetriebe  kann durch ein Scheibenrad oder eine Kugel ersetzt  werden. Weiter kann in das Geschwindigkeitswechsel  getriebe zwischen dem Kugelsatz 18 und der grossen  Kugel 13 ein Laufglied mit Mittelöffnung eingesetzt  werden.  



  Das in     Fig.    5 gezeigte, stufenlos regelbare Ge  schwindigkeitswechselgetriebe kann als eines betrach  tet werden, in dem zwei     Geschwindigkeitswechsel-          getriebeeinheiten    gemäss     Fig.    1 in Reihe geschaltet  und in einen gemeinsamen Kasten eingebaut sind.  Bei diesem Geschwindigkeitswechselgetriebe werden  zwei     Geschwindigkeitswechselgetriebesätze    durch  einen     gemeinsamen        Griff    betätigt.

   Die     Übertragung     von Kraft auf -die     Abtriebswelle    39 erfolgt in diesem  Geschwindigkeitswechselgetriebe durch ein     Kegelrad     32 auf der Antriebswelle 31, grosse     Kugeln    33,  Kegelrad 34, eine      Eingriffvorrichtung    mit in Ein  griff stehenden     Kugeln    und Nocken  35 zum Er  zeugen der Eingriffsdrücke, ein Kegelrad 36, grosse  Kugeln 37 und ein     Kegelrad    38. Die Merkmale dieses       Getriebes    sind die gleichen wie die bei dem in       Fig.    1 gezeigten Getriebe.  



  Wenn von der Voraussetzung ausgegangen     wird,     dass jede Einheit mit einem     Geschwindigkeitsregulier-          bereich    von     i/3    bis 3 gebaut ist, dann besitzt dieses  Geschwindigkeitswechselgetriebe einen grossen, von       1/3    bis 9 reichenden     Geschwindigkeitsregulierbereich.     



       Fig.    6 zeigt ein weiteres, stufenlos regelbares Ge  schwindigkeitswechselgetriebe nach der Erfindung,  welches ein     feststehendes    Kegelrad 40, ein     drehbares     Kegelrad 41 und einen drehbaren Ring 42     aufweist.       Ein Drehen des feststehenden     Kegelrades    40 wird  durch einen Stiftbolzen 43 verhindert.

   Das drehbare  Kegelrad 41 ist mittels eines Federkeils 45 auf die  Antriebswelle 44     aufgekeilt.    Das     Kegelrad    40 und  das Kegelrad 41 greifen mehrere grosse     Kugeln    46 an  und um geeignete Eingriffsdrücke zu erzeugen, sind  zwischen die untere Begrenzungsfläche der     Ausneh-          mung    48 des     Kegelrades    41 und einer auf das Ende  der Antriebswelle 44 aufgeschraubten Mutter 49  Federn 47 eingefügt.  



       Sätze    kleiner Kugeln 50 und Zahnsegmente 51  sind     ähnlich    dem in     Fig.    1 gezeigten Geschwindig  keitswechselgetriebe -vorgesehen, jedoch ist der     Ring     42, der die Zahnstange 53 hält, nicht feststehend aus  gebildet, sondern steht     axial    bewegbar über eine  Federnut 55     mit    der     Abtriebswelle    54 in     Eingriff.     Auf seiner     zylindrischen        Umfangsfläche    ist der Ring  42 mit einer Nut 56 versehen, und ein vorstehender,

    auf einer Steuerstange     mit    Schraubgewinde angeord  neter Teil 57 einer     Vorschubmutter    58 greift in diese  Nut 56 ein. Die Änderung der Geschwindigkeit er  folgt durch Drehen<B>-</B>eines an der Steuerstange 59  angebrachten     Griffes    60.  



  Bei dem vorstehend beschriebenen Geschwindig  keitswechselgetriebe erfolgt die Kraftübertragung auf  die     Abtriebswelle    54 über die Antriebswelle 44,  den Keil 45, das     Kegelrad    41, die grossen     Kugeln    46,  den Satz kleiner Kugeln 50, das Zahnsegment 51, die  Zahnstangen 53 und den drehbaren Ring 42. Der  Mechanismus der Kraftübertragung arbeitet nach  Art eines     Differentialgetriebes,    und die Umdrehung  der grossen Kugeln 46 um die     Achslinie    der Ab  triebswelle 54 wird auf diese     Abtriebswelle    54 über  tragen.

   Die     Abtriebswelle    54 des Geschwindigkeits  wechselgetriebes kann die Antriebswelle sein und  dann kann die     Antriebswelle    44 die     Abtriebswelle     sein.  



  Der äusserste Wert für die     Drehgeschwindigkeit     der     Abtriebswelle    54 ist aus folgender     Tabelle        er-          sichtlich.       Bei     Hindurchgehen    der Drehachse der Bei     Hindurchgehender    Drehachse der  grossen Kugeln 46 durch den Angriffspunkt Q grossen Kugeln 46 durch den Angriffspunkt P  zwischen dem Kegelrad 40 und     zwischen    dem Kegelrad 41 und       4s    der grossen Kugel 46 der grossen Kugel 46    Drehgeschwindigkeit 0    Praktisch     nimmt    die Drehgeschwindigkeit der  so     Abtriebswelle    nicht endlos zu,

   auch wenn die Achse       X-X    durch den Punkt P hindurchgeht. Es ist ratsam,  bei diesem Geschwindigkeitsgetriebe Mittel zum Be  grenzen des Hubs des Ringes 42 vorzusehen, um  eine Stellung zu vermeiden, bei der ein übermässig       5s    hoher Druck erzeugt wird.

Claims

PATENTANSPRUCH Stufenlos regelbares Geschwindigkeitswechseige- triebe, gekennzeichnet durch ein Paar Räder (10, 15; 32, 34, 35, 38; 40, 41), eine oder mehrere, die Räder jeweils in einem Punkt berührende, grosse Kugeln (13; 33, 37; 46), einen oder mehrere Sätze auf einem kleinen Kreis auf der kugelförmigen Ober fläche jeder grossen Kugel laufender kleiner Kugeln (18; 50), Mittel (20) zum Halten des Satzes kleiner Kugeln auf dem kleinen Kreis, und durch eine Betätigungsvorrichtung (19, 22, 24;

42, 51, 53, 56-60) zum Verändern der Stellung der genannten Mittel (20) gegenüber den Rädern, wobei jede grosse Kugel während der Kraftübertragung um eine durch den Mittelpunkt des kleinen Kreises und durch ihren eigenen Mittelpunkt hindurchführende Achse läuft und die Wirkungsradien der grossen Kugel gegen über den Rädern durch die Betätigungsvorrichtung veränderbar sind. UNTERANSPRÜCHE 1.

Stufenlos regelbares Geschwindigkeitswechsel getriebe nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch ein Paar Kegelräder (10, 15; 40, 41), eine oder mehrere, die Kegelräder jeweils in einem Punkt be rührende grosse Kugeln (13; 46), einen oder mehrere Sätze auf einem kleinen Kreis auf der kugelförmigen Oberfläche jeder grossen Kugel laufender kleiner Kugeln (18; 50), Mittel (20) zum Halten des Satzes kleiner Kugeln auf dem kleinen Kreis, und durch eine Betätigungsvorrichtung (19, 22, 24;

42, 51, 53, 56-60) zum Ändern der Stellung der genannten Mittel (20) gegenüber den Kegelrädern, wobei jede grosse Kugel während der Kraftübertragung um eine durch den Mittelpunkt des kleinen Kreises und durch ihren eigenen Mittelpunkt hindurchführende Achse läuft und die Wirkungsradien der grossen Kugel gegenüber den Rädern durch die Betätigungsvorrich tung veränderbar sind.

2. Stufenlos regelbares Geschwindigkeitswechsel getriebe nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch eine Antriebskugel und eine Abtriebskugel, eine oder mehrere die Antriebskugel bzw. die Abtriebskugel jeweils in einem Punkt berührende grosse Kugeln, einen oder mehrere Sätze auf einem kleinen Kreis auf der kugelförmigen Oberfläche jeder grossen Kugel laufender kleiner Kugeln, Mittel zum Halten des Satzes kleiner Kugeln auf dem kleinen Kreis, und durch eine Betätigungsvorrichtung zum Verändern der Stellung der genannten Mittel gegenüber der Antriebskugel und der Abtriebskugel,

wobei jede grosse Kugel während der Kraftübertragung um eine durch den Mittelpunkt des kleinen Kreises und durch ihren eigenen Mittelpunkt hindurchführende Achse läuft und die Wirkungsradien der grossen Kugel ge genüber der Antriebskugel und der Abtriebskugel durch die Betätigungsvorrichtung veränderbar sind. 3.

Stufenlos regelbares Geschwindigkeitswechsel getriebe nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch ein Kegelrad und ein Scheibenrad, von denen das eine als Antriebsrad und das andere als Antriebsrad ein gerichtet ist, eine oder mehrere das Kegelrad und das Scheibenrad jeweils in einem Punkt berührende grosse Kugeln, einen oder mehrere Sätze auf einem kleinen Kreis auf der kugelförmigen Oberfläche jeder grossen Kugel laufender kleiner Kugeln, Mittel zum Halten des Satzes kleiner Kugeln auf dem kleinen Kreis, und durch eine Betätigungsvorrichtung zum Verändern der Stellung der genannten Mittel gegen über dem Kegelrad und dem Scheibenrad,

wobei jede grosse Kugel während der Kraftübertragung um eine durch den Mittelpunkt des kleinen Kreises und durch ihren eigenen Mittelpunkt hindurchführende Achse läuft und die Wirkungsradien der grossen Kugel gegenüber dem Kegelrad und dem Scheibenrad durch die Betätigungsvorrichtung veränderbar sind. 4.

Stufenlos regelbares Geschwindigkeitswechsel getriebe nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch mehrere in einem Kasten angeordnete und in Reihe geschaltete Einheiten, deren jede ein Räderpaar (32, 34 bzw. 36, 38), mehrere die Räder jeweils in einem Punkt berührende grosse Kugeln (33 bzw.

37), Sätze von auf einem kleinen Kreis auf der kugelförmigen Oberfläche jeder grossen Kugel laufenden kleinen Kugeln, Mittel zum Halten des Satzes kleiner Kugeln auf dem kleinen Kreis, und eine Betätigungsvorrich tung zum Verändern der Stellung der genannten Mit tel gegenüber den Rädern besitzt, wobei jede grosse Kugel während der Kraftübertragung um eine durch den Mittelpunkt des kleinen Kreises und durch ihren eigenen Mittelpunkt hindurchführende Achse läuft und die Wirkungsradien der grossen Kugel gegen über den Rädern durch die Betätigungsvorrichtung veränderbar sind (Fig. 5). 5.

Stufenlos regelbares Geschwindigkeitswechsel getriebe nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch ein feststehendes Kegelrad (40) und ein drehbares Kegelrad (41), mehrere das feststehende und das drehbare Kegelrad jeweils in einem Punkt berührende grosse Kugeln (46), Sätze von auf einem kleinen Kreis auf der kugelförmigen Oberfläche jeder grossen Kugel laufenden kleinen Kugeln (50), Mittel zum Halten des Satzes kleiner Kugeln auf dem kleinen Kreis, eine Betätigungsvorrichtung (42, 51, 53, 56-60) zum Verändern der Stellung der Mittel gegen über dem feststehenden Kegelrad und dem drehbaren Kegelrad, und durch Mittel zum Abnehmen der Um drehung der grossen Kugeln um eine Achslinie des feststehenden Kegelrades,

wobei jede grosse Kugel während der Kraftübertragung um eine durch den Mittelpunkt des kleinen Kreises und durch ihren eigenen Mittelpunkt hindurchführende Achse läuft und die Wirkungsradien der grossen Kugel gegenüber dem feststehenden Kegelrad und dem drehbaren Kegelrad durch die Betätigungsvorrichtung veränder bar sind.