CH399855A - Stufenlos regelbares Geschwindigkeitswechselgetriebe - Google Patents
Stufenlos regelbares GeschwindigkeitswechselgetriebeInfo
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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 (1)
- 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.
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