Stufenlos verstellbarer Kegelscheibenumschlingungstrieb mit gezahnten Kegelscheiben Die Erfindung betrifft einen stufenlos verstellbaren Kegelscheibenumschlingungstrieb mit gezahnten Ke gelscheiben, bel dem die Verzahnung der Kegelschei ben trapezförm,igen Querschnitt aufweist und bei dem <B>je</B> einer Zahnlücke der einen Scheibe e #n-e-s Paares in axialer Richtung ein Zahn deranderea Schele gegen überliegt,
und der mit einer Gliederkette mit quer zur Laufrichtung verschiebbaren Lamellen zur selbsttäti gen Bildung von Zähnen unterscluedlicher Breite und Teilung betrieben wird. Solche Lamellenkettengetrie- be mit gezahnten Kegelscheiben sind seit Jahrzehnten bAannt und werden in grossen Stückzahlen gebaut, da sie sich relativ preisgünstig herstellen lassen und e;ne hohe übertraggungsgenauIgkeit besitzen.
Durch die Zahnb##ld#ang entsteht eine formschlüssi ge Kraftübertragung zwischen der Lamellenkette und den Scheiben. Hierfür sollten die Flanken der Zahn lücken bzw. der gegenüberliegenden Zähne eine Nei gung von<B>901</B> haben, d.h. mit der Radialebene durch die Kegelscheibenachse zusammenfallen.
Um nun die Zahnb "1,dung beim Ein- und Auslau fen der Kette zwischen den Kegelscheiben zu erleich tern, bildet man d#ie Zahnflankenwinkel <B>-</B> abweichend vom Idealwert von<B>90' -</B> flacher, meistens mit<B>600,</B> keinesfalls aber unter<B>501</B> aufs und macht entspre chend der Wand#stärke der Lamellen die Breite des Zahngrundes grösser als die des Zahnkopfes.
Diesen formsch-lüssigen, Getrieben haftet aber der grundsätzliche Mangel an, dass wegen des grossen Unterschiedes im elastischen Verhalten von Kegel scheiben und Kette einerseits und der Starrheit des Formschlusses zwischen #(Lammellenzahn und Ke- gelscheibenzahn andererseits nur wenige der inner- halb eines Umschligungsb3gens gebildeten<B> </B> Lamel- lenzähne an der Kraftübertragung teilnehmen.
Die jewo"ls tragenden Lamellenzähne sin also relativ hoch belastet, wodurch Lebensdauer und übertragbare Lei stung des Getriebes beschränkt werden. Wegen der örtlichen Kraftkonzentration treten auch hohe Er- wärinungen und relativ starke Geräusche auf, die der Schnell-Läufigkek dieser Getriebe eine Grenze setzen.
Der Idealfall, dass alle in Eingriff befindlichen Ket tenglieder an der Kraftübertragung beteilig' werden, ,ess sich bisher nur bei Kegelscheibenumschlingungs- trieben, die nilt re.,ner Reibkraftübertragung arbeiten, verwirklichen.
Nach der vorliegenden Erfindungsollen die Vor- teile des reibkraftschlüssigen Kegelscheibenurnschfin- gungstriebes mit denen der formschlüssigen in opti maler Weise kombiniert und dabei nach Möglichkeit die Mängel und Nachteile dieser beiden Getriebe bauarten ausgeschaltet werden.
Insbesondere soll ge genüber dem bekannten forrnschlüssigen Lamellen- kettengetriebe die Laufruhe verbessert werden und bei gleichem Bauaufwand höhere Drehrnomente und auch höhere Drehzahlen, d.h. eine höhere -spezifische Lei stung dadurch verwirklicht werden, dass die Winkel, den die Zahnflanken der Kegelscheibenverzahnung mit der ZahnfussfJäche bilden, kleiner als<B>500</B> sind und verzugswe.,se aber 20' bis 45' betragen.
Bei Verwendung von gezaJinten Kegelscheiben, deren Zähne und Zahnlücken trapezförmigen Quer schnitt aufweisen, und bei Verwendung einer merk lich geringeren Neigung der Zahnflanken in Verbin dung mit der Verwendung der #seit langen Jahren be kannten Larnellenkette als Zugorgan tritt eine sehr bemerkenswerte Erscheinung ein.
Ein so gestalteter Kegolschelbenumschlingungstrieb ist nämlich nicht mehr rein formschlüssig, sondern teilweise form schlüssig und teAweise kraftschlüssig. Wie dies zu stande komint, zeigUolgerde Betrachtung:
Der beim Einlaufen der Kette zwischen die trei benden Kegelscheiben durch die Lamellen des gerade einlaufendenGliedes,- iildeteZahnbleibtbeimDurch- ,eb laufen des Umschlingungsbogens nicht mehr<B>-</B> wie gen Getriebe der Fall ist<B>-</B> das bei einem formschlüssig erhalten, sondernür wandert innerhalb seines Lamel- lenpakets um ein geringes Mass entgegen der Bewe gungsrichtung der Kette, mit anderen Worten:
Die Kette macht relativ zu den Scheiben eine Kriechbe wegung, indem sie zwischen dem treibenden Kegel- scheibenpaar geringfügig zurückbleibt, während sie zwischen dem getriebenen Kegelscheibenpaar gering <B>fügig</B> voreilt.
Dies tut #sie in gleicher Weise bei rein reibkraft schlüssigen Getrieben und in ähnlicher Weise #sogar auch bei rein formsch-lüssigen Betrieben. Nur ist bei diesen die Kriechbewegung durch den Übergang der Belastung vom jeweils belasteten Lamellenzahn auf den benachbarten, unbeJasteten Lamellenzahn bedingt.
Für das getriebene Kegelscheibenpaar betrachtet, tritt dies dann ein, wenn der kraftübertragende<B>e</B> Lamellen- zahn <B> </B> die Kegelscheiben verlässt und die Belastung <B>im</B> auf den folgende<B> </B>Zahn<B> </B> übergibt.
Die Betrachtung zeigt, dass es möglich ist, einer seits die Vorteile des reinen Reibkraftschlusses mit an nähernd gleichmässiger Belastung sämtlicher im Um- schlingungsbogen befindlicher Kettenglieder auszu nutzen und andererseits die Vorteile der Formschlüs- sigkeit in sehr wesentlichem Umfang zu erhalten.
gelscheibenurnschlingungstrieb Gegenüber dem Keg mit glatten Kegelschoiben hat der Verzahnungstrieb mit flachen Zahnwinkeln den Vorteil, dass die Kriech bewegung der Kette sehr klein gehalten wird, weil mehrere Reibstellen hintereinander geschaltet sind, nämlich die Reibung der Lamellen an den Zahnkopf- bzw. Zahnlückenfussflächen, die Reibung der Lamel len an den Zahnschrägflächen und die Reibung der Lamellen mit ihren Flachseiten gegeneinander. Da durch wird in summa ein sehr hoher, dem einfachen Reibkettentrieb bedeutend überlegener Reibwert er reicht.
Um trotz der flachen Flankenwinkel den Form- schluss beeinflussen zu können, wird ein neuarüger Effekt herangezogen, der wiederum nur mit den fla cheren Flankenwinkeln erreichbar ist. Während näm lich bei stellen Zalmflanken (grösser als<B>50')</B> der Zahnlückengrund breiter -sein mussals der Zahnkopf, um ein Stauchen oder Quetschen der Lamellen zu vermeiden, was bei dem spitzen Keilwinkel zwischen den Flanken leicht eintritt, kann bei flachen Flan ken die Form der einander gegenüberstehenden Zähne und Zahnlücken der Kegelscheiben so gewählt wer den, dass die Lamellen,
besonders mit ihren Flach seiten gegeneinander gedrückt und dadurch miteinan der verklemmt werden. Es ergibt sich somit eine weit- gehend formfeste Verzahnung der Lamellenpakete, die sich praktisch alls Formschluss zwischen Kegel- sccheIen und Kene auswirkt.
Die Ausbildung einer mehr oder minder formfesten Verzahnung der Lamel- lenpakete kann dadurch erreicht werden, dass die Zahnkopfflächen grösser gehalten werden als die Zahnlückengrundflächen. Im Extremfall kann die Zahnlückengrundfläche den Wert NuIJ annehmen bei kleiner, aber endlicher Breite des Zahnkopfes. Der Konstrukteur hat es somit in der Hand, die Verzah nung so auszubilden, dass sich eine günstigste<B>Ab-</B> stimmung zwischen den oben geschilderten Reib- und Klemmeffekten ergibt.
Er erzielt damit einen Ketten- umschlingungstrieb, der dein formschlüssigen gleich wertig ist, dessen Nachteile aber vermeidet und des halb :spezifisch höher Mastbar ist, wobei trotzdem die erforderlichen Anpresskräfte bzw. die Vorspan- nung der Kette relativ niedrig bleiben können. Da durch können auch die Anpresseinrichtungen einfach und billig ausgebildet werden.
Zusammenaefasst: Die Verteilung der Kraftübertragung auf alle im Eingriff befindlichen Kettenglieder und die Herabset zung der axialen Blindkräfte zwischen Kette und Scheiben ermöglicht den Bau relativ einfacher und robuster Getriebe von hoher spezifischer Leistung mit den Vorteilen des Formschlusses sowie einer opti malen Genauigkeit in der Einhaltung der eingestell ten Getriebeübersetzung. Durch die Ausbildung der Verzahnun- mit flachen Winkeln wird die Verzah nungsbildung sehr erleichtert, sowie Geräuschbildung und Erwärmung bedeutend vermindert.
Ausserdem lässt !sich die Formfestigkeit der<B> </B> Lamellenzähne <B> </B> durch die Wahl grösserer Zahnkopfbreiten als Zahn- lückenfussbreiten den flacheren Zahnwinkeln in ge eigneter Weise anpa:ssen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindunggsgegenstandes schematisch dargestellt, und zwar zeigen: Fig. <B>1</B> die Stirnfläche einer verzahnten Kegelscheibe, Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Kegelscheiben- paar nebst Kette, Fig. <B>3</B> die Abwicklung eines zylindrischen Schnit tes gemäss Linie A-A in Fig. <B>1</B> sowie Fig. 2, Fig. 4 ein Kettenstück in Seitenansicht.
Das Kegelscheibenpaar <B>1, l'</B> ist so angeordnet, dass<B>je</B> einer Zahnlücke 2 in axialer Richtung ein Zahn<B>3</B> der anderen Scheibe gegenüberliegt. Zwischen diesen Kegelscheiben ist die Gliederkette 4 mit den quer zur Laufrichtung verschiebbaren Lamellen<B>5</B> an- ,geordnet. Die Zeichnung lässt ausserdem die Zahn flanken<B>6, 6'</B> mit den zugehörigen Winkeln<B>a,</B> u' er kennen. Weiterhin wurde in Fig. <B>3</B> die Zahnkopf breite mit Mass a und die Zahnlückenfussbreite mit Mass<B>b</B> gekennzeichnet.
Fig. <B>3</B> lässt in der dargestellten abgewickelten Form deutlich die Funktion des Kegelscheibenumschfin- gungstriebes hinsichtlich der Neigung der Winkel ot, a', also der Zahnflankenwinkel erkennen.
Der Ex tremwert ot, a' = <B>01</B> stellt einen solchen Trieb mit reiner Reibkraftübertragung dar; der weitere Extrem wert ot, <B>x'</B> = <B>901</B> hat lediglich teoretisches Interesse, da ein verklemmungsfraler Ein- und Ausgriff der La mellen unmöglich wäre.
Von diesem theoretischen Wert<B>901</B> ausgehend wurde bisher ein ernpirisch er mittelter optimaler Winkel mit durchschnittlich<B>601</B> festgelegt, welcher für solche rein formschlüssigen Ke- gelscheibenumschlingungstriebe Verwendung findet. Wählt man dagegen die Flankenwinkel a und a' so, dass sie erfindungsgemäss unterhalb von<B>50',</B> vor zugsweise aber zwischen 2011 und 450 liegen, dann wird die reine Formschlüssi-keit zwischen der Lamel- lenkette und den gezahnten Kegelscheiben teilweise aufgehoben.
Um die Funktion eines solchen Kegelscheibenum- schlingungstriebes eindeutig klarstellen zu können, sei angenommen, dass die Kette 4 in Fig. <B>3</B> den treiben den Teil darstellt und sich in der Zeichenebene nach oben bewegt, während die beiden Kegelscheiben<B>1, l'</B> den getriebenen Teil bilden. Die Kette bildet beim Einlaufen zwischen die beiden Kegelscheiben <B>1, l'</B> einen der Kegelscheibenverzahnung entsprechenden Zahn.
Die Lamellen<B>5</B> des Lamellenpaketesliegen mit ihren Stirnseiten andenZahnflanken <B>6</B> und 6'undanden Zahnkopfflächen versetzt einander gegenüberliegender Zähne an. In dargestellten Ausführungsbeispiel nach Fig. <B>3</B> ist ausserdem die Zahnlückenbreite <B>b</B> kleiner als die Zahnkopfbreite a. Im Extrerafall kann die Zahnlückengrundfläche den Wort Null annehmen bei kleiner aber endlicher Breite des Zahnkopfes. Zum besseren Verständnis der Kraftwirkung -sind die an den Flanken anliegenden Lamellen schräggestellt ge zeichnet.
In Wirklichkeit tritt diese Schrägstellung nicht auf, da die Lamellen dicht gepackt sind Ebenso- wenig stellt sich in Wirklichkeit in den Zahnlücken zwischen Lamellenpaket und Zahnscheibe ein Spalt ein, wie er in Figur<B>3</B> gezeigt ist; in der Figur ist der Unterschied zwischen den Massen a und<B>b</B> Übertrieben gross angenommen, um die Erscheinung zu verdeut- ,lichen.
Unter der Wirkung des Kettenzuges (in der Mch- nung Fig. <B>3</B> nach oben) und der radial gegen die Dreh achse der Kegelscheiben<B>1, l'</B> wirkenden Einkeilkraft entstehen Reibkräfte an den Zahnflanken, den Zahn köpfen und im Zahnlückengrund sowie Klemmkräfte zwischen den Flachseiten der Lamellen des Pakets.
Bei richtiger Abstimmung der Zahnflankenwinkel U, und %' und entsprechender Wahl der Masse a und<B>b</B> kann die Kette infolge des Kettenzuges eine Kriech bewegung begrenzten Umfanges relativ zu den Kegel scheiben in der Bewegungsricht-ung der Kette ausfüh ren, was bedeutet, dass der von den Lamellen des Pakets gebildete Zahn gegenüber der Kettenbewe gung etwas zurückbleibt.
Diese Kriechbewegung der Kette ermöglicht bei geeigneter Wahl von a und a' sowie a und<B>b</B> und der Kettenvorspannung, die bei spielsweise durch axiale Anpressung der Kegelschei ben gegen die Kette erzeugt wird, eine Verteilung der zu übertragenden Umfangskraft auf viele, im Ideall- falle sämtliche im Eingriff befindliche Kettenglieder. Trotzdem bleibt die erwünschte Formschlüssigkeit durch die Verzahnung weitgehend erhalten.
Eine weitere Verbesserung des Triebes lässt sich dadurch erreichen, dass man die Zalinflankenwinkel ot und a' in Umfangsrichtung abwechelnd unterschied- lieh gross macht,<B>je</B> nachdem, ob man den Eingriff der Kette in die Verzahnung oder deren Ausgriff aus der Verzahnung erleichtern will. Allerdings ist damit die Bewegungs- und Kraftübertragungs-Richtung der Kette festgelegt und eine Vertauschung von An- und Abtrieb nicht mehr möglich.
Ebenso kann man die Zahnflankenwinkel ot und a' auf der Antriebsseite an ders auslegen als auf der Abtriebsseite, um die bei KegeIscheibenumschlingungstrieben vorhandene un terschiedliche Verteilung der Umfangskraft auf die im Eingriff befindlichen. Kettenglieder zu berücksichtigen.