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Stufenlos regelbares Schaltwerksgetriebe Die Erfindung bezieht sich
auf ein stufenlos regelbares Schaltwerksgetriebe, bei welchem ein auf der Antriebswelle
angeordneter verstellbarer Exzenter die Schwinghebel mehrerer im Gehäuse kreisförmig
um die Welle angeordneter Schaltwerke (Freilaufkupplungen) in eine oszillierende
Bewegung versetzt, mit deren Hilfe diese Bewegung wiederum in eine kontinuierliche
Drehbewegung der getriebenen Welle umgewandelt wird. Hierbei wird der eigentliche
Exzenterring, in welchen die Schwinghebel der Schaltwerke eingreifen, zur Vermeidung
von übermäßiger Reibung und Abnutzung im Exzenter durch ein Kugellager gelagert,
so daß er gegenüber den Schaltwerken keine umlaufende, sondern nur eine schwingende
Relativbewegung ausführt.
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Die Verstellung des Exzenters bei solchen Schaltwerksgetrieben mit
umlaufender Exzenteranlage, durch welche der Ausschlag der Schwinghebel der Schaltwerke
und damit das Übersetzungsverhältnis des Getriebes verändert wird und welche sowohl
während des Stillstandes als auch während des Umlaufes der Antriebswelle möglich
sein muß, ist schwierig durchführbar, wenn man allen zu stellenden Anforderungen
gerecht werden will. Insbesondere muß bei hohen Eingangsdrehzahlen nicht nur ein
statischer, sondern auch ein dynamischer Massenausgleich des Exzenters in jeder
Verstellage vorhanden sein. Ferner muß die Verstelleinrichtung selbsthemmend sein,
damit der Exzenter die jeweilige Einstellung gegenüber den auftretenden Getriebekräften
unverändert beibehält.
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Diesen Anforderungen genügen eine Anzahl von Vorschlägen, welche mit
Schaltmuffen, Zahnstangen, Ziehkeilen od. dgl. arbeiten, nicht.
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Es sind zwar bereits Schaltwerksgetriebe mit umlaufendem Exzenter
bekannt, bei denen die Verstellung während des Laufes auf mechanischem Wege durch
eine ein- und ausschwenkbare mechanische Verstellvorrichtung vorgenommen wird, welche
die erforderlichen Verstellkräfte der Antriebswelle des Getriebes entnimmt und sie
über selbsthemmende Getriebeelemente auf den Exzenter weiterleitet, welcher zur
Aufrechterhaltung des Massenausgleichs zugleich mit einem daneben angeordneten Gegenexzenter
(Gegengewicht) verstellt wird. Das dazu notwendige Zusatzgetriebe ist jedoch verhältnismäßig
kompliziert und verlangt zur Erzielung eines ruhigen Laufes eine kostspielige Genauigkeit
in der Fertigung, wodurch die Wirtschaftlichkeit dieser Getriebe bei vielen Anwendungsgebieten
in Frage gestellt ist. Darüber hinaus macht sich bei diesen Getrieben mit steigender
Getriebegröße und wachsenden Drehzahlen mehr und mehr der Umstand unangenehm bemerkbar,
daß der dynamische Massenausgleich der Exzenteranlage immer schwieriger zu bewerkstelligen
ist. Andererseits sind in Sonderheit für Kraftwagen zugeschnittene Schaltwerksgetriebe
bekannt, bei denen mehrere hintereinander angeordnete, auf eine Triebwerkswelle
arbeitende Exzenter hydraulisch dadurch verstellt werden, daß sie als Flüssigkeitsbehälter
ausgebildet sind, welche durch die dazugehörigen Kurbelzapfen in jeweils zwei Kammern
unterteilt werden. Diese Kammern werden nacheinander von ständig zugeführter Druckflüssigkeit
so durchströmt, daß sich innerhalb eines Umlaufes der Kurbelhub entsprechend dem
Widerstand der getriebenen Welle ändern und sich somit das Übersetzungsverhältnis
auf diese Weise selbsttätig den schwankenden Belastungen der getriebenen Welle (Kraftwagen)
anpassen kann. Abgesehen von dem ganz anders gearteten Verwendungszweck, welcher
diese kostspielige Sonderkonstruktion bedingt, dürfte sich bei diesen Getrieben
auch durch Gegengewichte kein befriedigender Massenausgleich der Exzenteranlage
erreichen lassen. Außerdem ist infolge des ständigen Umlaufes mit einem ziemlichen
Verbrauch an Druckflüssigkeit und einer erheblichen Erwärmung derselben zu rechnen,
was einen dauernden Energieverlust darstellt.
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Demgegenüber erstreckt sich die Erfindung auf ein stufenlos regelbares
Schaltwerksgetriebe mit auf der Antriebswelle . angeordneter Exzenteranlage, deren
Verstellung durch Druckflüssigkeit erfolgt, die in geregelter Menge mittels einer
Muffe in die in der Antriebswelle befindlichen Zuführungskanäle zur Exzenteranlage
geleitet wird, und besteht darin, daß die Exzenteranlage einen auf der Triebwerkswelle
befestigten scheibenförmigen Tragkörper aufweist, in dessen exzentrisch zur Achse
gelegenen Aussparung ein sichelartiger Ring drehbar gelagert ist, der in gleicher
Exzentrizität von seiner Mitte unter Zwischenschaltung eines Kugellagers den eigentlichen
Exzenterring
trägt, wobei in die zwischen dem Tragkörper und dem siehelartigen Ring befindliche
Ringnut Sperrstücke hineinragen, durch deren wechselseitige Beaufschlagung mit Druckflüssigkeit
eine Verdrehung des sichelartigen Ringes gegenüber dem Tragkörper in der einen oder
anderen Richtung bewirkt wird.
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Außerdem ist Gegenstand der Erfindung, daß der sichelartige Ring gegenüber
dem Tragkörper mittels Federn unter seitlichem Druck steht, welcher durch Regulierschrauben
veränderbar ist und einem bestimmten, maximal zu übertragendem Drehmoment angepaßt
werden kann.
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Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Getriebes besteht darin,
daß die Exzenteranlage und ihre Verstellvorrichtung als Hauptteile desselben sehr
einfach und in der Herstellung billig sind, wodurch die Kosten für das Gesamtgetriebe
erheblich herabgesetzt werden. Dabei entspricht die Exzenteranlage selbst allen
an eine solche zu stellenden Forderungen. Bei ihr ist ein weitgehender Massenausgleich
aller verstellbaren Teile in jeder Verstellage vorhanden, da infolge ihrer besonderen
Bauart freie Momente, welche eine dynamische Auswuchtung erfordern, praktisch nicht
auftreten.
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Die Exzenteranlage gemäß der Erfindung ist selbsthemmend. Ihr Exzenter
behält unabhängig von der Belastung innerhalb der durch das eingestellte maximale
Drehmoment gegebenen Grenze seine einmal eingestellte Lage, in die er jeweils durch
eine einmalige Beaufschlagung der entsprechenden Kammer der Ringnut mit Druckflüssigkeit
gebracht worden ist, unverändert bei. Die Druckflüssigkeit wird also nur zur Verstellung
des Exzenters selbst, jedoch nicht zum Halten desselben in dieser Verstellage, also
nur sehr kurzzeitig benötigt. Dadurch sind die Leckverluste verschwindend gering
bzw. es brauchen bei Inkaufnahme bestimmter Verluste an Druckflüssigkeit, welche
an sich dem Schmieröl wieder zugute kommen, keine allzu genauen, kostspieligen Passungen
an den beweglichen Teilen desselben vorgesehen werden. Außerdem ist der für die
Druckölerzeugung benötigte Energieanteil selbstverständlich auch entsprechend gering.
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Die Verstellung des Exzenters erfolgt bei Umlauf und bei Stillstand
des Getriebes in gleicher Weise. Im Falle der Erzeugung der Druckflüssigkeit mittels
einer mit der Antriebswelle gekuppelten Pumpe muß zwecks Verstellung bei Stillstand
selbstverständlich bei dieser noch ein gesonderter Antrieb oder eine Druckspeicheranlage
vorgesehen sein.
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Ferner ist Gegenstand der Erfindung ein nachgeschaltetes Wendegetriebe,
bei welchem - außer dem Eingriff der getriebenen Räder sämtlicher Schaltwerke in
das zwischen ihnen befindliche, auf der getriebenen Hauptwelle frei drehbar gelagerte
Sonnenrad - die getriebenen Räder zweier nebeneinanderliegender Schaltwerke beide
gleichzeitig noch in ein Zahnrad einer Vorgelegewelle eingreifen, welche ihrerseits
mit einem Zahnrad in ein zweites, ebenfalls auf der getriebenen Hauptwelle frei
drehbar gelagertes Zahnrad eingreift, wobei in an sich bekannter Weise die entgegengesetzt
umlaufenden, auf der getriebenen Hauptwelle befindlichen, frei drehbar gelagerten
Räder durch eine zwischen ihnen befindliche, mit der getriebenen Hauptwelle verschiebbar
verbundene Schaltmuffe od. dgl. wechselweise mit dieser formschlüssig kuppelbar
sind.
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Die Vorteile dieses Wendegetriebes gegenüber anderen Bauarten bestehen
insbesondere darin, daß die Vorgelegewelle, welche die Drehrichtung des Getriebes
umkehrt, nicht mehr nur von einem Zahnrad angetrieben wird, sondern gleichzeitig
von zwei Zahnrädern, wodurch die Zahnbeanspruchungen erheblich günstiger werden,
was insofern wünschenswert ist, als ja das Sonnenrad, welches die andere Drehrichtung
der getriebenen Welle bewerkstelligt, gleichzeitig von den getriebenen Rädern aller
Schaltwerke angetrieben wird.
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Außerdem kommt das bei den bisher bekannten Wendegetrieben erforderliche,
meist nur fliegend im Gehäuse zu lagernde Zwischenrad in Fortfall, wodurch nicht
zuletzt ein besonders ruhiger Lauf des Getriebes allgemein erreicht wird. Durch
das erfindungsgemäße Wendegetriebe wird also auch bei Umlauf in der anderen Drehrichtung
die einwandfreie Übertragung des vollen Drehmomentes ermöglicht.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Getriebe, Fig. 2 einen Schnitt
durch die Exzenteranlage desselben gemäß der Linie II-II, Fig.3 einen Schnitt durch
das Wendegetriebe gemäß der Linie III-III, Fig. 4 einen Schnitt durch ein Schaltwerk
(Klemmrollen-Freilaufkupplun.g) gemäß der Linie IV-IV.
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Im Gehäuse 1 ist die Antriebswelle 2 und die getriebene Welle 3 gelagert.
Die Scheiben 4 und 5, welche durch Distanzbolzen 6 verbunden sind, sind im Gehäuse
befestigt.
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Auf der Antriebswelle 2 ist der Tragkörper 7 fest aufgekeilt, in welchem
eine zur Achse exzentrische, zylindrische Aussparung 8 vorhanden ist, in der ein
sichelartiger Ring 9 von gleicher Exzentrizität drehbar gelagert ist, der seinerseits
über ein Kugellager 10 den eigentlichen Exzenterring 11 trägt.
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In den Scheiben 4 und 5 sind in kreisförmiger Anordnung fünf Schaltwerke
(Klemmrollen-Freilaufkupplungen) gelagert, deren Innenteile 12 die Schwinghebel
13 tragen, deren Zapfen 14 wiederum mit Hilfe von Gleitsteinen 15 in die Nut 16
des Exzenterringes 11 eingreifen. Durch die Klemmrollen 17 wird die Bewegung der
Innenteile 12 auf die Außenteile 18 dadurch übertragen, daß die Klemmrollen 17,
welche fest mit den Außenteilen 18 verbundenen Käfigen 19 geführt werden, durch
paarweise angeordnete, in tangential gerichteten Bohrungen der Käfige 19 befindliche
Federn 20 mit gleichmäßigem Andruck zwischen den Innenteilen 12 und den axialsymmetrischen
Auflaufflächen 21 der Außenteile 18 im Eingriff gehalten werden. Auf diese Weise
wird die oszillierende Bewegung der Innenteile 12, in welche diese durch Umlauf
der Antriebswelle 2 und des auf ihr sitzenden Tragkörpers 7 der Exzenteranlage über
die Schwinghebel 13 bei nicht umlaufendem Exzenterring 11 versetzt werden, in eine
aussetzende Drehbewegung der Außenteile 18 umgewandelt. Diese wird ihrerseits über
die angetriebenen Räder 22 der Schaltwerke auf das in deren Mitte befindliche, auf
der angetriebenen Hauptwelle 3 frei drehbar gelagerte Sonnenrad 23 weitergeleitet,
wo sich die aussetzenden Drehbewegungen der Schaltwerke addieren und überlagern
und so einen gleichmäßigen Umlauf der Welle 3 bewirken.
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Auf der Antriebswelle 2 ist ferner der nicht umlaufende muffenartige
Verteiler 24 angeordnet, dessen Bohrungen 25 und 26 mit den in der Antriebswelle
2 befindlichen Kanälen 27 und 28 in Verbindung stehen, welche sich im Tragkörper
7 fortsetzen und an zwei auf dem Umfang entgegengesetzt liegenden Stellen 29
und
30 in die Ringnut 31 des sichelartigen Ringes 9 münden. An geeigneter Stelle des
Umfanges sind am Tragkörper 7 bzw. am Ring 9 in die Ringnut 31 gegebenenfalls
dichtend hineinragende Gleitsteine 32, 33 und 34 durch Schrauben 35, 36 und 37 befestigt,
welche die Ringnut 31 in Abschnitte unterteilen, die in geregelter Menge mit Druckflüssigkeit
gefüllt werden. Zur Begrenzung der Drehung des Ringes 9 dienen die Arretierungsschrauben
38.
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Im Getriebegehäuse ist weiterhin eine Pumpe 39 angeordnet, welche
über die Zahnräder 40 und 41 von der Welle 2 aus angetrieben wird. Die von der Pumpe
39 geförderte Druckflüssigkeit wird durch gestrichelt angedeutete Leitungen über
das Steuerventil 42 in geregelter Menge wechselweise den Bohrungen 25 und 26 des
Verteilers 24 zugeführt, aus denen sie über die Kanäle 27 bzw. 28 durch die Austrittsöffnungen
29 und 30 in die durch die Gleitsteine 32, 33 und 34 in verschiedene Räume unterteilte
Ringnut 31 gelangt. Je nachdem ob die Flüssigkeit durch die Austrittsöffnung 29
oder 30 zugeleitet wird, wird der sichelartige Ring 9 gegenüber dem Tragkörper 7
in der einen oder anderen Richtung verdreht, so daß der Exzenterring 11 eine mehr
oder weniger große Exzentrizität gegenüber der Achse erhält, wodurch die Schwingungsausschläge
der Schwinghebel 13 und damit das Übersetzungsverhältnis des Getriebes stufenlos
geändert wird.
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Der sichelartige Ring 9 steht gegenüber dem Tragkörper 7 unter dem
Druck mehrerer, auf der Seitenfläche des Tragkörpers gleichmäßig verteilter Federn
43, deren Spannung durch Schrauben 44 regulierbar ist. Von diesen wird der Ring
9 gegen den Haltering 45 gedrückt, wodurch einerseits die Selbsthemmung zwischen
dem Ring 9 und dem Tragkörper 7, welche die Voraussetzung für die Aufrechterhaltung
einer bestimmten eingestellten Exzentrizität des Exzenterringes während des Betriebes
ist, erhöht wird. Andererseits kann dadurch die Selbsthemmung in ähnlicher Weise
wie bei Rutschkupplungen entsprechend einem maximal zu übertragenden Drehmoment
eingestellt werden, bei dessen Überschreitung im Fall der überlastung oder Blockierung
der getriebenen Welle 3 der Ring 9 von den Schwinghebeln 13 in Richtung auf die
Nullstellung des Exzenterringes 11 hin verschoben wird. Dadurch erübrigt sich gegebenenfalls
die bei solchen Getrieben vorzusehende Überlastungskupplung.
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Die getriebenen Räder 22' zweier nebeneinanderliegender Schaltwerke
greifen gleichzeitig noch in das Rad 47 des Vorgeleges 48 ein, dessen Zahnrad 49
mit dem ebenfalls auf der getriebenen Welle 3 frei drehbar gelagerten Rad 50 im
Eingriff steht. Die Räder 23 und 50, welche in entgegengesetzter Richtung umlaufen,
können durch die mit der getriebenen Welle 3 verschiebbar verbundene Schaltmuffe
51 mit Hilfe von Mitnehmerklauen mit dieser formschlüssig verbunden werden.
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Im übrigen ist es gegebenenfalls auch möglich, weitere getriebene
Räder der Schaltwerke paarweise zum Antrieb weiterer Vorgelegewellen heranzuziehen,
welche ebenfalls auf das auf der getriebenen Welle 3 frei drehbar gelagerte Zahnrad
50 arbeiten würde, um dadurch die Belastung des Vörgeleges 48 auf mehrere dieser
Art zu verteilen.
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Andererseits kann man selbstverständlich auf das nachgeschaltete Wendegetriebe
ganz verzichten und die Drehrichtungsumkehr der getriebenen Welle 3 durch die Verwendung
von nach beiden Drehrichtungen umschaltbaren Schaltwerken bewerkstelligen. In diesem
Fall wäre das Sonnenrad 23 fest mit der getriebenen Welle 3 zu verbinden.