Vorrichtung zur selbsttätig regulierenden Übertragung eines Drehmoments an einem Umschlingungstrieb Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur selbsttä tig regulierenden Übertragung eines Drehmoments an einem Umschlingungstrieb mit einem zur Welle drehbar gelagerten Paar von zueinander axial verschiebbaren, drehfest verbundenen Kegelscheiben.
Automatisch geregelte Getriebe mit einer ganz be stimmten Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie, sogenannte selbsttätige Drehmomentwandler, gewinnen z. B. bei Kraftfahrzeugantrieben, Wickeleinrichtungen und ähnli chen Vorrichtungen immer grössere Bedeutung. Erhöht sich beispielsweise bei einem Kraftfahrzeugantrieb das Abtriebsmoment infolge zunehmender Bodensteigung.
so hat der selbsttätige Drehmomentwandler die Aufgabe, das Übersetzungsverhältnis zwischen Antriebs- und Ab triebswelle ins Langsame zu regeln. Ändert sich umge kehrt bei einem Wickelantrieb das übersetzungsverhält- nis zwischen Antriebs- und Abtriebswelle infolge des zunehmenden bzw. abnehmenden Wickeldurchmessers beim Auf- bzw. Abwickeln, so hat der selbsttätige Drehmomentwandler die Aufgabe, die Drehmoment- übertragung, bezogen auf die Wickelwelle, so zu regeln, dass die Spannung der zu wickelnden Ware konstant bleibt.
Bekannt ist es, Drehmomentwandler so auszulegen, dass die Übertragung der Leistung bei konstanter An triebsdrehzahl, z. B. bei einem Kraftfahrzeugantrieb oder bei einem Aufwickelantrieb bzw. bei konstanter Abtriebsdrehzahl, z. B. bei einem Abwickelantrieb, kon stant bleibt. Für Kraftfahrzeugantriebe sind sogenannte hydraulische Drehmomentwandler bekannt, deren Wir kungsgrad jedoch gering ist. Für Wickeleinrichtungen sind teuere, elektrisch gesteuerte Drehmomentwandler bekannt, die höchsten Ansprüchen genügen.
Bei geringe ren Ansprüchen werden stufenlos regelbare Getriebe mit zwei über ein Gestänge verbundenen Kegelscheibenpaa- ren und einer zwischen diesen laufenden Keilgliederkette eingesetzt, die ausschliesslich durch axial gerichtete Kräfte gesteuert werden. Bei solchen Getrieben sind die axial gerichteten Steuerkräfte bedeutend grösser als die Umfangskräfte, die von dem zu übertragenden Drehmo ment bewirkt werden. Es muss daher das Getriebe selbst von den Auswirkungen des Steuermechanismus geschützt werden. Zum Beispiel sind wegen der auftretenden Stossbelastungen Stossdämpfer vorzusehen.
Ausserdem ist darauf zu achten, dass Fehlreaktionen des beispiels weise von einem Gewicht betätigten Steuermechanismus nicht auf die Antriebs- oder Abtriebsteile, die z. B. eine Warenbahn sein können, übertragen werden. Nachteilig ist weiterhin, dass der Regelmechanismus durch die Vielzahl der benötigten Teile (Gewichte, Übertragungs gestänge, Stossdämpfer) äusserst träge und die Regelem pfindlichkeit dementsprechend gering ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der aus der Umfangskraft, die das zu übertragende Drehmoment bewirkt, und/oder einer drehzahlabhängigen Kraft eine Regelkraft zur Steuerung des Übersetzungsverhältnisses gewonnen wird und diese Regelkraft keine Komponente in axialer Richtung be sitzt. Zusammen mit einem stufenlos regelbaren Getrie be ist eine solche Vorrichtung ein selbsttätiger Drehmo- mentwandler. Mit der Vorrichtung soll eine möglichst reibungs- und trägheitslose Steuerung mit hoher Re gelempfindlichkeit möglich sein.
Der Wirkungsgrad soll insbesondere in Hinblick auf hydraulische Drehmoment- wandler optimal sein. Weiterhin soll die Vorrichtung möglichst robust sein, und es sind axial gerichtete Kräfte, die vom Steuermechanismus aus auf die An- triebs- oder Abtrie'usteile zurückwirken, zu vermeiden. Ferner soll der Aufbau der Vorrichtung einfach sein, um mit einer rationellen Fertigung einen niedrigen Herstel lungspreis und vielfältige, wirtschaftlich vertretbare Ein satzmöglichkeiten zu garantieren.
Erfindungsgemäss ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Paar von Kegelscheiben in Wirkverbindung steht mit einem umlaufenden, die Verdrehkraft zwischen Welle und den Kegelscheiben übertragenden Überset zungsmechanismus, dass eine zu den Kegelscheiben axial verschiebbare, drehfest mit diesen verbundene Kurvenscheibe mit Kurvenbahnen vorgesehen ist, dass ein axial wirkender Kraftspeicher vorgesehen ist, der einerseits auf die Kurvenscheibe und anderseits auf die Kegelscheibe drückt,
dass die axial verschiebbare Kegel scheibe eine Kurvenbahn aufweist und dass ein Anpress- flansch einerseits mit dem Kraftübersetzungsmechanis- mus und anderseits mit mindestens einer Kurvenbahn in Wirkverbindung steht, wobei die übersetzte Verdreh kraft zwischen Kegelscheiben und Welle über den An- pressflansch und Kurvenbahnen eine die Kegelscheiben axial zueinander verstellende Steuerkraft bewirkt.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung mit einem axialwirkenden Kraftspeicher aus Tellerfedern. Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung mit einem als Druckzylinder und Kolben ausgebildeten Kraftspeicher.
Der axial wirkende Kraftspeicher ist in Fig. 1 beispielsweise durch Tellerfeder 156 gebildet.
Denkt man sich das Kegelscheibenpaar la, dessen rechte, axial fixierte Kegelscheibe gleichzeitig das Über tragungsteil 34c darstellt, feststehend, so wird durch eine relative Drehbewegung des mit der \Felle 2a drehfest verbundenen Exzenterringes 39c um das übertragungs- teil 34c in eingezeichneter Drehrichtung das Kraftüber- setzungsteil 43c ebenfalls in eingezeichneter Drehrich tung (von rechts aus uesehen im Uhrzeigersinn) um die Antriebsachse 0 geschwenkt.
Auf dem als Hohlwelle ausgebildeten Teil 43c ist am @N'ellenende ein als Anpressflansch 150 ausgebildeter Rollenträger drehfest aufgebracht, welcher mit wenig stens zwei, gleichmässij am Umfang verteilten, radial angeordneten Rollenbolzen 151 versehen ist, auf denen Laufrollen 152 drehbar gelagert sind.
Auf jedem Rollenbolzen sind zwei Laufrollen gela gert, nämlich eine Laufrolle 152, welche über die Kurvenbahn 15 3a beziehungsweise 153b mit einer als Kurvenscheibe 154 ausgebildeten, axial verschiebbaren und über eine Geradverzahnung 155a drehfest mit den Kegelscheiben in Einriff stehenden Gewindemuffe in Wirkverbindung steht und eine Laufrolle 152a, welche über die Kurvenbahn 153c beziehungsweise 153d in direkter Wirkverbindung mit den Kegelscheiben steht.
Durch die von einer Antriebskraft bewirkten relati ven Schwenkbewegung des mit dem Teil 43c drehfest verbundenen Anpressflansch 150 zu den Kegelscheiben in eingezeichneter Drehrichtung wird die Kurvenscheibe 154 über die rechtsgängigen Kurvenbahnhälften 153a nach rechts verschoben, wodurch die Tellerfedern 156 angespannt werden.
Und zwar soweit, bis die Laufrollen 152a gegen die ebenfalls rechtsgängigen Kurvenbahn- h:ilften 153c der axial verschiebbaren Kegelscheibe la L nsch!a-en, wo;lurch dic Verdrehbcwc-ttng zwischen den Kegelscheiben und der Welle entsprechend der jeweiligen Kegelscheibenstellung begrenzt ist.
Das Antriebsmoment wird dabei in eingezeichneter Drehrichtung von der \'Felle 2a über das Steuerteil 95c i.ibertragen und bewirkt über das Teil 43c eine übersetz te Verdrehkraft des Anpressflansches 150 gegen die Kegelscheiben. Von den Rollenbolzen 151 aus überträgt sich diese Verdrehkraft zum einen Teil über die Laufrol len 152 und die rechtsgängigen Kurvenbahnhälften 153a auf die Kurvenscheibe 154 und die Kegelscheiben und zum anderen Teil über die Laufrollen 152a und die rechtsgängigen Kurvenbahnhälften 153c direkt auf die Kegelscheiben.
Dabei wird über den Führungsbolzen 35c des Steuerteiles 95c eine Verdrehkraft entgegen eingezeichneter Drehrichtung auf die Kegelscheiben übertragen.
Bei Kraftflussumkehr erzeugt das Bremsmoment eine entgegengesetzte Verdrehkraft zwischen den Kegel scheiben und der Welle und das Antriebsmoment wird dann umgekehrt von den Kegelscheiben über die links gängigen Kurvenbahnhälften 153b der Kurvenscheibe 154 sowie die linksgängigen Kurvenbahnhälften 153d der Kegelscheibe la auf den Anpressflansch 150 und von dort über das Steuerteil 95c auf die Welle 2a übertragen. Die Spreizscheibe eignet sich also sowohl als Antriebs- als auch als Abtriebsscheibe.
Während die Laufrollen 152 auch bei auftretenden Lastwechseln ständig über die Kurvenbahnen 153a oder 153b in Wirkverbindung zwischen den Kegelscheiben und der Welle stehen, erfolgt eine Drehmomentübertra- gung über die Kurvenbahnen 153c oder 153d nur bei Überschreitung der jeweiligen, vom Kraftspeicher 156 erzeugten Verdrehkraft zwischen den Kegelscheiben und der Welle.
Diese maximale, von den Druckfedern 156 über die Kurvenbahnen 153a oder 153b und das Steuerteil 95c bewirkte Verdrehkraft ist abhängig von der jeweiligen Kegelscheibenstellung, welche den Span nungszustand der Druckfedern entsprechend dem axia len Abstand zwischen der Kurvenscheibe 154 und der axial beweglichen Kegelscheibe la bestimmt.
Für eine genaue Berechnung der über beide Kurven bahnen 153a und 133c beziehungsweise 153b und 153d übertragenen Umfangskräfte muss in jedem Falle das über den Führungsbolzen 35c des Steuerteiles 95c erzeuste Gegendrehmoment berücksichtigt werden.
Das heisst, die über die Kurvenbahnen übertragenen Umfaroskräfte berechnen sich aus Antriebsmoment plus Gegendrehmoment (mit positivem Vorzeichen). Über die Kurvenbahnen kann also eine wesentlich höhere An- presskraft der Kegelscheiben gegen das Umschlingungs- organ 61 erzeugt werden, als dies ohne einen erfindungs- gemässen Übersetzungsmechanismus 95c möglich wä re.
Durch einen geeigneten Verlauf der Kurvenbahnen 153c und 153d der axial beweglichen Kegelscheibe la kann nun unabhängig von den Kraftreserven des Kraft speichers<B>156</B> eine drehmomentabhängige axiale Steuer kraft der Kegelscheiben zueinander in Abhängigkeit von der jeweiligen Kegelscheibenstellung bewirkt werden.
Über eine parabelförmige Kurvenbahn beispielsweise kann man die Anpresskraft gegen das Umschlingungsor- gan so steuern, dass sie bei gleichbleibendem Antriebs moment mit zunehmendem Laufkreisdurchmesser klei ner wird und sich so der ebenfalls kleiner werdenen Umfangskraft des Umschlingungsorganes anpasst. Es wird dadurch ein übermässijer Verschleiss des Zugorga nes vermieden und optimale Lebensdauer erreicht.
Durch die Einwirkung des Kraftspeichers 156, der ja ständig über die Kurvenbahnen der Kurvenscheibe 154 in Wirkverbindung zwischen den Kegelscheiben und der Welle steht, wird eine Stossbelastung der an der Kegel scheibe la angebrachten Kurvenbahnen bei Lastschwan kungen vermieden. Die Erstreckung der Kurvenbahn 153c-153d der Kegelscheibe la in Umfangsrichtung ist so bemessen, dass sie über den gesamten Axialhub der Kegelscheibe eine Verdrehbewegung der Welle gegen die Kegelscheiben von etwa 90 in eingezeichneter Dreh richtung und 90' entgegen eingezeichneter Drehrichtung zulässt, wobei die dabei stattfindende Schwenkbewegung des Anpressflansches 150 von der Übersetzung des Steuerteiles 95c abhängt.
Die Kuvenbahn 153a-1536 verläuft in vorliegen dem Ausführungsbeispiel mehr V-förmig und ist der Kurvenbahn 153c-153d in etwa angepasst. Das Kraft teil 94f kann nun in Bezug auf die Kegelscheiben und die Welle ebenfalls als ein in Umfangsrichtung wirken des Bauelement betrachtet werden, bei welchem die Spreizkraft des Umschlingungsorganes ausser über den Kraftspeicher auch noch über die Kurvenbahnen der Kegelscheibe la sowie das Steuerteil 95c eine Verdreh kraft zwischen den Kegelscheiben und der Welle erzeugt und damit das übertragbare Antriebsmoment beein- flusst, beziehungsweise bestimmt.
Zwischen dem Exzenterring 39c und dem beidarmig wirkenden Hebel 37c ist ein Nadelkäfig 160 angeordnet, während für die Schmierung des Steuerteiles 95c ein Schmiernippel 161 vorgesehen ist. Die Führungsbolzen 42c und 35c sind mit Ringen 162 beziehungsweise 162a aus einem Stück geschmiedet und drehfest über Pass- Stifte 163, 163a mit ihren Übertragungsteilen verstiftet und verschraubt. Alle Teile sind dynamisch ausgewuch tet. So ist beispielsweise der Exzenterring 39c mit Aussparungen 165 versehen. Die Mutter 157 zur Vor spannung des Kraftspeichers 156 ist in der Quer schnittsebene geschlitzt und kann durch eine Schraube 164 gekontert werden.
Fig. 2 zeit nun eine Spreizscheibe, welche rein konstruktiv teilweise der Ausführunrt nach Fig. 1 ent spricht. Als axial wirkender Kraftspeicher ist hier ein h; dratilisches oder pneumatisches System vorgesehen, welches drehzahlabhängig die axiale Anpresskraft der Kegelscheiben gegeneinander steuert und in etwa so funktioniert, wie der Fliehkraftregler, also mit zuneh mender Antriebsdrehzahl eine grösser werdende An- presskraft bewirkt.
Die SpreizscheiL.e nach Fit. 1 als Abtriebsscheibe eignet sich bei;pielsvreise im Ztisainm; mvirken mit einer Spreizscheibe nach Fig. 2 als Antriebsscheibe für einen Kraftfahrzeug- oder Aufwickelantrieb.
Das hydraulische oder pneumatische System erzeugt als Kraftspeicher 156a bei einer bestimmten Antriebs drehzahl eine unabhängig von der Kegelscheibenstellung kostante Spreizkraft Sk (f") zwischen der axial bewegli chen Kegelscheibe la und der Kurvenscheibe 15.1. wodurch über die Kurvenbahnen 153a-1536 sowie das Steuerteil 95c konstante Verdrehkraft zwischen den Kegelscheiben und der Welle bewirkt wird.
Das von der Welle 2a auf die Kegelscheiben la übertragbare Antriebsmoment bleibt also bei einer be stimmten Antriebstourenzahl konstant und es wird unabhängig vom Übersetzungsverhältnis des Getriebes #leichbleibende Leistunc, übertragen.
Bei einer hydraulisch oder pneumatisch gesteuerten Spreizscheibe bestellt die Möglichkeit. die über den Kraftspeicher gesteuerte Verdrehkraft durch Verände rung der Spreizkraft Sk in Funktion zur Antriebstouren zahl zu variieren, was bei einem Aufwickelantrieb zwecks Veränderung der Warenbahnspannung von gros- ser Bedeutung ist.
Da über die Kurvenbahnen der axial beweglichen Kegelscheibe einer Spreizscheibe nach Fig. 1 unabhän gig von der Einwirkung des Kraftspeichers 156 eine drehmomentabhängige axiale Steuerkraft der Kegel scheiben gegeneinander erzeugt werden kann, bildet eine Spreizscheibe nach Fig. 2 als Antriebsscheibe im Zusam menwirken mit einer Spreizscheibe nach Fig. 1 einen Umschlingungstrieb, über welchen bei gleicher Antriebs drehzahl eine veränderbar konstante Leistung übertrag bar ist.
Dieser Umschlingungstrieb eignet sich auch zur Übertragung eines Bremsmomentes bei Kraftflussum- kehr beziehungsweise als Motorbremse. Die Spreizkraft S,; (f") des Kraftspeichers 156a entsteht durch Druck- beaufschlagung des zwischen der axial beweglichen Kegelscheibe la und der Kurvenscheibe 154 gebildeten Hohlraumes 170 über die Druckleitung 109a und 109b.
Die Druckleitung 109a ist durch eine koaxiale Bohrung in der Welle 2a gebildet, während sich die Druckleitung 109b aus radialen Bohrungen von der Welle bis durch zum Hohlraum 170, mit dazwischen liegenden Ausdrehungen 169 zusammensetzt.
Durch die Ausdrehungen der radial durchbohrten Teile, die ja entweder drehbar oder axial verschiebbar zueinander gelagert sind, wird die Einwirkung des hydraulischen oder pneumatischen Systems aufrecht erhalten.
Die Abdichtung der Druckleitung 109, sowie des Hohlraumes 170 wird durch Rundschnurringe 168 bewerkstelligt. Als Verdrehsicherung zwischen der Ke gelscheibe 1 a und der Kurvenscheibe 154 wurden hier mehrere gleichmässig am Umfang verteilte, axial ange ordnete Mitnehmerbolzen 166 bevorzugt, welche in der Kurvenscheibe 15 fest eingepresst und in axialen Boh rungen<B>167</B> der Kegelscheibe la verschiebbar eeführt sind. Als Verdrehsicherung zwischen den Kegelscheiben wurde statt einer Passfeder ein Keilwellenprofil 48a bevorzugt.
Wie man nun die Kurvenbahnen der Spreizscheiben nach Fig. 2 und Fig. 1 bei deren Zusammenwirken am besten auslegt, das lässt sich berechnen oder durch Versuche ermitteln. Jedenfalls dürfte es zweckmässig sein, bei der Spreizscheibe nach Fig. 2 die Kurvenbah nen 153c-153d mehr parabelförmig und die Kurven bahnen 153a-1536 mehr V-förmig zu gestalten.
Das Kraftteil 94g kann nun in Bezug auf die Kegelscheiben und die \Velle als ein in Umfangsrichtung wirkendes Bauelement bezeichnet werden, bei welchem die Spreiz- kraft S des Umsehlingungsorganes ausser über den Kraftspeicher 156a auch noch über die Kurvenbahnen 153c-153d sowie das Steuerteil 95c eine das übertrag bare Antriebsmoment bestimmende Verdrehkraft zwi schen den Kegelscheiben und der Welle bewirkt.
Über beide Kurvenbahnen 153a-1536 und 153c-15 3d der Spreizscheibe nach Fig. 2 kann nun das übertragbare Antriebsmoment im Verhältnis zur axialen Anpresskraft der Kegelscheiben gegeneinander so gesteuert werden, dass bei einer Überschreitung der über den Kraftspei cher erzeugten Verdrehkraft die axiale Anpresskraft im Verhältnis zum übertragbaren Antriebsmoment etwas abnimmt, wodurch eine Regelring des übersetzungsver- hältnisses zur Gegenscheibe ins Langsame eingeleitet wird.
Ausser über die Kurvenbahnen kann die Charakte ristik der Spreizscheiben auch noch über die Steuerteile 95c verändert werden und zwar einmal durch Verände rung des Übersetzungsverhältnisses und zum anderen durch die verschiedenen Prinzipausführungen, durch welche die Charakteristik beider Spreizscheiben be stimmt werden kann.
Die verschiedenen Steuerteile können dabei so einge baut werden, wie es sich am zweckmässigsten heraus stellt, also auch seitenvertauscht mit ihren Drehmoment übertragungsteilen.