DE102011013070A1

DE102011013070A1 - Kegelreibringgetriebe

Info

Publication number: DE102011013070A1
Application number: DE102011013070A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2012-09-06
Also published as: CN102654181A; CN102654181B

Abstract

Um ein Kegelreibringgetriebe mit wenigstens einem Innenkegel, mit wenigstens einem Außenkegel und mit wenigstens einem den Innenkegel umgreifenden Reibring zwischen einer Innenkegellauffläche des Innenkegels und einer Außenkegellauffläche des Außenkegels bereitzustellen, bei welchem ein Anlaufen des Reibringes an einem Absatz eines Kegels ohne eine Zerstörung eines Bauteils des Kegelreibringgetriebes erfolgt, weist der Reibring zwischen der Reibringaußenfläche und der Außenreibfläche eine umlaufende Reibringaußenkante mit einem Radius vom 0,3-fachen bis zum 0,8-fachen einer Reibringbreite sowie der Außenkegel zwischen der Außenkegelanlagenfläche und der Außenabsatzfläche eine umlaufende Außenabsatzkante mit einem Radius vom 0,05-fachen bis zum 0,2-fachen der Reibringbreite auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kegelreibringgetriebe mit wenigstens einem Innenkegel, mit wenigstens einem Außenkegel und mit wenigstens einem den Innenkegel umgreifenden Reibring.
Derartige Kegelreibringgetriebe sind im Stand der Technik hinreichend bekannt, wobei diese bekannten Kegelreibringgetriebe unter anderem einen frei verlagerbaren Reibring derart aufweisen, dass der Reibring um eine Achse schwenkbar angeordnet ist und der selbige mittels einer Drehung um diese Schwenkachse durch an ihm wirkende Reibkräfte im Reibkontakt wandert. Das Wandern des Reibringes erfolgt sodann entlang einer Rotationsachse des Innenkegels bzw. des Außenkegels. Die Schwenkachse des Reibkegels liegt hierbei in einer Ebene, welche durch Rotationsachsen des Innenkegels und des Außenkegels aufgespannt wird und steht annähernd im rechten Winkel zu diesen. Ebenso steht der Schwenkwinkel annähernd im rechten Winkel zur Rotationsachse des Reibringes selbst, wobei erstere Rotationsachsen, die Rotationsachsen des Innenkegels und des Außenkegels, zueinander annähernd parallel verlaufen.
Das Verlagern des Reibringes, welcher in einer Führungseinrichtung geführt wird und das Übersetzungsverhältnis im Kegelreibringgetriebe über seine gegenwärtige Position bestimmt, wird zumeist über gehäusefeste Anschläge, an welche die Führungseinrichtung bei Erreichen eines maximalen bzw. minimalen möglichen Übersetzungsverhältnisses anschlägt, begrenzt. Die Position der Anschläge relativ zur Führungseinrichtung bzw. zur axialen Position des Reibringes kann jedoch fertigungsbedingt toleranzbehaftet sein, wobei es möglich ist, dass der Reibring entweder nicht seine maximal bzw. minimal mögliche axiale Position einnehmen kann oder sich aber auch über diese Position hinaus bewegt.
Um Endpositionen des Reibringes durch die Anschläge zu definieren, zeigt die DE 10 2009 032 164 A1 bereits eine Lösung, mittels welcher ein unzulässiges Wandern bzw. Verlagern des Reibringes über eine Reibfläche eines Kegels hinaus begrenzt werden kann. Hierbei verfügt jeweils ein Kegel über einen Absatz an den der Reibring selbst und nicht seine Führungseinrichtung anläuft. Bei dieser Lösung können allerdings Betriebszustände auftreten, bei welchen eine Kante des Reibringes an einer Kante eines jener Absätze aufläuft und es zu einer Materialabtragung, im schlimmsten Fall zu einer Zerstörung des Reibringes, kommt.
Es ist daher Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Kegelreibringgetriebe bereitzustellen, bei welchem ein Anlaufen des Reibringes an einem Absatz eines Kegels ohne eine Zerstörung eines Bauteils des Kegelreibringgetriebes erfolgt bzw. bei welchem ein entsprechendes Anlaufen eine minimale Belastung für die Bauteile des Kegelreibringgetriebes bedingt.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Kegelreibringgetriebe mit wenigstens einem Innenkegel, mit wenigstens einem Außenkegel und mit wenigstens einem den Innenkegel umgreifenden Reibring zwischen einer Innenkegellauffläche des Innenkegels und einer Außenkegellauffläche des Außenkegels vorgeschlagen, wobei der Innenkegel einen Innenabsatz an einem sich verjüngenden Ende der Innenkegellauffläche, mit einer Innenkegelanlagenfläche sowie einer Innenabsatzfläche, sowie der Außenkegel einen Außenabsatz an einem sich verjüngenden Ende der Außenkegellauffläche, mit einer Außenkegelanlagenfläche sowie einer Außenabsatzfläche, aufweist, wobei der Reibring eine mit der Außenkegellauffläche zumindest teilweise wirkverbundene Reibringaußenfläche sowie eine mit der Innenkegellauffläche zumindest teilweise wirkverbundene Reibringinnenfläche und eine der Innenkegelanlagenfläche zugewandte Innenreibfläche sowie eine der Außenkegellauffläche zugewandte Außenreibfläche aufweist und wobei sich das Kegelreibringgetriebe dadurch auszeichnet, dass der Reibring zwischen der Reibringinnenfläche und der Innenreibfläche eine umlaufende Reibringinnenkante mit einem Radius vom 0,1-fachen bis zum 0,3-fachen der Reibringbreite sowie der Innenkegel zwischen der Innenkegelanlagenfläche und der Innenabsatzfläche eine umlaufende Innenabsatzkante mit einem Radius vom 0,05-fachen bis zum 0,2-fachen der Reibringbreite aufweist.
Ebenso wird alternativ bzw. kumulativ zur voranstehenden Lösung der Aufgabe ein Kegelreibringgetriebe mit wenigstens einem Innenkegel, mit wenigstens einem Außenkegel und mit wenigstens einem den Innenkegel umgreifenden Reibring zwischen einer Innenkegellauffläche des Innenkegels und einer Außenkegellauffläche des Außenkegels vorgeschlagen, wobei der Innenkegel einen Innenabsatz an einem sich verjüngenden Ende der Innenkegellauffläche mit einer Innenkegelanlagenfläche sowie einer Innenabsatzfläche sowie der Außenkegel einen Außenabsatz an einem sich verjüngenden Ende der Außenkegellauffläche mit einer Außenkegelanlagenfläche sowie einer Außenabsatzfläche aufweist, wobei der Reibring eine mit der Außenkegellauffläche zumindest teilweise wirkverbundene Reibringaußenfläche sowie eine mit der Innenkegellauffläche zumindest teilweise wirkverbundene Reibringinnenfläche und eine der Innenkegelanlagenfläche zugewandte Innenreibfläche sowie eine der Außenkegellauffläche zugewandte Außenreibfläche aufweist und wobei sich das Kegelreibringgetriebe dadurch auszeichnet, dass der Reibring zwischen der Reibringinnenfläche und der Innenreibfläche eine umlaufende Reibringinnenkante mit einem Radius vom 0,1-fachen bis zum 0,3-fachen der Reibringbreite sowie der Innenkegel zwischen der Innenkegelanlagenfläche und der Innenabsatzfläche eine umlaufende Innenabsatzkante mit einem Radius vom 0,05-fachen bis zum 0,2-fachen der Reibringbreite aufweist.
Die beiden vorstehend erläuterten Ausgestaltungen eines Absatzes führen vorteilhaft dazu, dass ein Anlaufen eines Reibringes an einen der erwähnten Absätze, dem Innenabsatz oder dem Außenabsatz, ohne kritische Beschädigungen erfolgen kann, da die aufeinander treffenden Kanten des Reibrings und des Absatzes im Gegensatz zum Stand der Technik nunmehr einen hinreichend definierten Radius aufweisen. Ein Abscheren an dem Absatz oder an dem Reibring tritt folglich nicht mehr auf. Der Reibring kann sodann während des Auftreffens auf einen Absatz durch den Kontakt mit diesem Absatz in seinem Anstellwinkel ohne Beschädigungen und ohne etwaige Schwingungsprozesse wieder rechtwinklig zu den Kegeln ausgerichtet werden, wobei zusätzlich zur Sicherheit gegen Beschädigungen eine stabile Laufbahn unmittelbar vor dem Absatz gewährleistet werden kann, wie unmittelbar folgend ausgeführt.
Eine weitere mögliche und vorteilhafte Ausgestaltung des Kegelreibringgetriebes ergibt sich, wenn zusätzlich zu den voranstehend genannten Merkmalen die Außenreibfläche sowie die Außenkegelanlagenfläche parallel zueinander ausgerichtet sind und/oder die Innenreibfläche sowie die Innenkegelanlagenfläche parallel zueinander ausgerichtet sind. Diese Ausgestaltung bietet den bereits erwähnten Vorteil, dass für einen stabilen Lauf des Reibringes an einem der Absätze eine geeignete Anlagefläche zustande kommt, an welche sich der Reibring anschmiegen kann.
Der Begriff „Ringbreite” ist in vorliegenden Zusammenhang definiert durch die Erstreckung des Reibringes in axialer Richtung zur Rotationsachse des Reibringes.
Die zueinander parallel ausgestaltete Außenreibfläche und Außenkegelanlagenfläche bzw. Innenreibfläche und Innenkegelanlagenfläche bewirken zudem, dass zwischen den genannte Flächen ein Schmierfilm durch ein Traktionsfluid bzw. durch eine Kühlflüssigkeit ausgebildet werden kann und somit eine Kantenpressung oder ein unmittelbarer Werkstoffkontakt zwischen dem Reibring und einem der Absätze wirksam unterdrückt wird. Hierbei bedingen die erfindungsgemäßen Radien eine gute Ausbildung des Schmierfilms, ohne dass dieser durch Kanten in seiner Ausbildung behindert wird, wobei dennoch eine ausreichend große Anlagefläche verbleibt. Insbesondere zwischen dem Reibring und dem Absatz des Außenkegels entstehen größere Relativgeschwindigkeit als dies zwischen dem Reibring und dem Absatz des Innenkegels der Fall ist, wodurch durch die vorstehend genannten parallelen Anlageflächen ein Verschleiß gerade wegen des gebildeten Schmierfilmes vermindert wird.
Es sei nochmal verdeutlicht, dass auch an dem Absatz des Innenkegels und dem Reibring Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Absatz und dem Reibring auftreten, weswegen auch an dem Absatz des Innenkegels parallel zueinander ausgerichtet Flächen vorteilhaft sind.
Vorzugsweise weist wenigstens eine Oberfläche des Außenabsatzes, eine Oberfläche des Innenabsatzes und/oder eine Oberfläche des Reibringes eine Härte größer als 53 HRC (Härte nach Rockwell), bevorzugter eine Härte größer als 55 HRC. Hierdurch lassen sich Schwingungen, welche die Struktur der Baugruppen des Kegelreibringgetriebes schädigen können, insbesondere wenn der Reibring an einem der Absätze anliegt, minimieren. Ein Mindesthärtegrad von 53 HRC in Verbindung mit einem Traktionsfluid hat sich insbesondere in praktischen Versuchen als vorteilhaft herausgestellt.
Ferner ist es für das Kegelreibringgetriebe vorteilhaft, wenn der Innenabsatz und/oder der Außenabsatz aufgeschrumpft sind. Diese Ausgestaltung eines Kegelreibringgetriebes bietet für die Fertigung eines Kegels bzw. für die Fertigung einer Außenoberfläche eines Kegels den besonderen Vorteil, dass die Außenoberfläche unmittelbar bis zu einem Ende der Kegellauffläche bearbeitet werden kann. Mit Bearbeitung ist in diesem Zusammenhang nicht nur eine spanabhebende Bearbeitung mit definierter Schneide sondern insbesondere auch eine spanabhebende Bearbeitung mit undefinierter Schneide, wie dem Polieren oder dem Läppen, gemeint. Dadurch, dass der oder die Absätze erst nachträglich angebracht sehen, kann die jeweilige Oberfläche wesentlich genauer und einfacher bearbeitet werden. Aus selbigen vorteilhaften Gründen kann es auch vorgesehen sein, dass der Innenabsatz auf die Innenkegellauffläche und/oder der Außenabsatz auf die Außenkegellauffläche aufgeschrumpft sind.
Weiterhin ist es vorteilhaft für das Kegelreibringgetriebe, wenn der Innenabsatz eine Höhe größer als das 1,5-fache des Radius der Innenabsatzkanten zwischen der Innenkegelanlagenfläche sowie der Innenabsatzfläche aufweist und/oder der Außenabsatz eine Höhe größer als das 1,5-fache des Radius der Außenabsatzkanten zwischen der Außenkegelanlagenfläche sowie der Außenabsatzfläche aufweist. Die Definition der Höhe der beiden Absätze in Abhängigkeit der an diese Absätze angefügten Radien bietet den ausgesprochenen Vorteil, dass ein Reibring, welcher an diese Absätze auftrifft, an den jeweiligen Anlagenflächen, der Innenkegelanlagenfläche oder der Außenkegelanlagenfläche, in eine stabile Laufbahn überführt wird und keinen Kontakt mit besagten Kanten bzw. mit an Radien besagter Kanten aufweist, wodurch ein punktförmiger Kontakt und somit eine hohe Flächenpressung vermieden werden kann. Es wird durch diese Ausgestaltung der Absätze sichergestellt, dass der Reibring und die Absätze stets an den zueinander parallel stehenden Anlagenflächen Berührungsflächen bilden.
Vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für Kegelreibringgetriebe, bei welchen der Reibring um eine Schwenkachse rotierbar angeordnet ist und die Schwenkachse in einer durch Rotationsachsen des Innenkegels sowie des Außenkegels aufgespannten Ebene liegt. Diese Anordnung eines Reibringes führt zu einer Einstellbarkeit bzw. Regelbarkeit der Position des Reibringes mit nur einem geringen Energieaufwand, da sich der Reibring nach dem Einstellen eines definierten Schwenkwinkels durch die an ihm wirkenden Kräfte in den Kontaktflächen selbstständig axial entlang der Achsen verlagert. Es wird somit lediglich Energie aufgewendet, um den Reibring zu schwenken, nicht jedoch um die Position des Reibringes an sich zu ändern. Die Schwenkachse des Reibringes kann zusätzlich zu seiner Lage in der durch die Rotationsachse der Kegel aufgespannten Ebene annähernd rechtwinklig zur Rotationsachse des Reibringes oder zur Rotationsachse einer der beiden Kegel ausgerichtet sein.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnungen erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Detaildarstellung eines Außenkegels mit Außenabsatz, eines Innenkegels sowie eines Reibringes eines Kegelreibringgetriebes;
2 schematisch die Reibflächen zwischen dem Außenabsatz und dem Reibring des Kegelreibringgetriebes nach 1;
3 eine schematische Darstellung des Innenkegels mit Innenabsatz, des Außenkegels sowie des Reibringes Kegelreibringgetriebes nach 1 und 2;
4 schematisch die Reibflächen zwischen dem Innenabsatz und dem Reibring des Kegelreibringgetriebes nach 1 bis 3; und
5 eine schematische Gesamtansicht des Kegelreibringgetriebes nach 1 bis 4.
Das in der Zeichnung dargestellte Kegelreibringgetriebe 1 umfasst einen Außenkegel 21, einen Innenkegel 11 und einen diesen Innenkegel 11 umgreifenden Reibring 31.
Zum Begrenzen der Position des Reibringes 31 und für eine sichere Anlage dessen weist der Außenkegel 21 des Kegelreibringgetriebes 1 einen Außenabsatz 23 am jüngeren Ende der Außenkegellauffläche 22 auf. Der Außenabsatz 23 begrenzt ebenso die Außenkegellauffläche 22 zu einer Außenkegelwelle 28, an welcher der Außenkegel 21 üblicherweise eine Lagerung aufweist. Insofern dient der Außenabsatz 23 bei diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich als Anlagefläche für ein an der Außenkegelwelle 28 vorgesehenes Lager.
Zum sicheren Anliegen des Reibringes 31 an dem Außenabsatz 23 verfügt der Außenabsatz 23 weiterhin über eine Außenkegelanlagenfläche 24, welche bei dieser Ausführungsform zu einer Außenreibfläche 35 des Reibringes 31 parallel ausgerichtet ist.
Ebenfalls parallel verlaufen die durch den Außenabsatz 23 begrenzte Außenkegellauffläche 22 sowie eine am Innenkegel 11 vorgesehene Innenkegellauffläche 12. Zwischen diesen beiden Laufflächen, der Innenkegellauffläche 12 und der Außenkegellauffläche 22 befindet sich der Reibring 31 zwecks Kraftübertragung zwischen dem Innenkegel 11 und dem Außenkegel 21, welcher darüber hinaus um eine in der Zeichenebene liegende Schwenkachse 40 schwenkbar gelagert und somit entlang einer Außenkegelrotationsachse 29 bzw. einer Innenkegelrotationsachse 19 axial frei verlagerbar ist. Der Reibring 31 selbst rotiert hierbei um eine eigene Reibringrotationsachse 39, welche ebenfalls weitgehend parallel zu den beiden Rotationsachsen der Kegel, der Innenkegelrotationsachse 19 und der Außenkegelrotationsachse 29, verläuft. Die Schwenkachse 40 ist bei diesem Ausführungsbeispiel zudem annähernd im rechten Winkel zur den drei genannten Rotationsachsen 19, 29, 39 ausgerichtet.
Es ist sofort ersichtlich, dass die beiden parallelen Flächen, die Außenkegelanlagefläche 24 sowie die Kegelreibaußenfläche 35, lediglich in einem stationären Zustand des Reibringes 31 parallel verlaufen. Der stationäre Zustand wir bei einem Schwenkwinkel von 0° erreicht, wenn also die Kegelreibaußenfläche 35 einen Winkel von 90° zu der durch die Rotationsachsen 19, 29 aufgespannte Ebene einschließt.
Der zum Verlagern des Reibringes 31 eingestellte Schwenkwinkel führt dazu, dass bei einem Annähern des Reibringes 31 an den Außenabsatz 23 eine Reibringaußenkante 37 des Reibringes 31 und eine Außenabsatzkante 26 des Außenabsatzes 23 aufeinander auflaufen. An dem Reibring 31 befindet sich diese Kante zwischen einer Reibringaußenfläche 32 sowie der Außenreibfläche 35. Die auf die Reibringaußenkante 37 auftreffende Außenabsatzkante 26 befindet sich zwischen der Außenkegelanlagenfläche 24 und einer Außenabsatzfläche 25. Erfindungsgemäß weisen diese beiden aufeinandertreffenden Kanten einen definierten Radius derart auf, dass ein zerstörungsfreies Anlaufen ermöglicht wird.
Die Reibringaußenkante 37 des vorliegenden Ausführungsbeispiels verfügt über einen Radius vom 0,3-fachen bis zum 0,8-fachen einer Reibringbreite B. Die Außenabsatzkante 26 hingegen hat ebenfalls einen von der Reibringbreite B abhängigen Radius, jedoch beträgt der Radius der Außenabsatzkante 26 ein 0,05-faches bis zum 0,2-fachen der Reibringbreite B.
Um einen unruhigen Lauf des Reibringes 31 im Kegelreibringgetriebe 1 zu minimieren, verfügt der Außenkegel 21 zwischen der Außenkegellauffläche 22 und dem Außenabsatz 23 über eine Außenkegelhinterschneidung 27, welche einen Radius größer als der Radius der Reibringaußenkante 37 aufweist. Durch diese Ausgestaltung der Außenkegelhinterschneidung 27 wird ein Freiraum für ein in diesem Kegelreibringgetriebe 1 verwendetes Traktionsfluid gebildet. In dem Freiraum kann nach dem Auflaufen des Reibringes 31 an den Außenabsatz 23 das Traktionsfluid abfließen, wodurch unnötige Walkarbeit verhindert und ein stabiler Lauf des Reibringes sichergestellt werden kann.
Liegt der Reibring 31, wie in 1 exemplarisch dargestellt, an der Außenanlagenfläche 24 des Außenabsatzes 23 an, ergeben sich die Reibkontaktflächen nach 2. Hierbei weist der Reibring 31 eine Reibringaußenkontaktfläche 45 auf, welche sich einer Außenkegelkontaktfläche 44 zumindest zum Teil überlagert und eine Außenkegel-Reibring-Kontaktfläche 46 bildet.
Der Außenabsatz 23 weist zur Bildung der vorstehend genannten Kontaktflächen eine Höhe radial zur Außenkegelrotationsachse 29 derart auf, dass abzüglich der Radien der Reibringaußenkante 37 sowie der Außenabsatzkante 26 stets eine (nicht bezifferte) Resthöhe verbleibt, mittels welcher die Außenkegel-Reibring-Kontaktfläche 46 gebildet wird. Diese Resthöhe des Außenabsatzes 23 ergibt die Längserstreckung der Außenkegel-Reibring-Kontaktfläche 46 in Richtung der durch die Rotationsachsen 19, 29, 39 definierten Ebene.
Denkbar ist auch eine Ausgestaltung des Außenabsatzes 23 ohne Ausbildung der Außenkegelkontaktfläche 44 und der Reibringaußenkontaktfläche 45, wobei der Reibring 31 mit dem Außenabsatz 23 im Bereich der Reibringaußenkante 37 und der Außenabsatzkante 26 in Kontakt gerät. Dieser punktförmige, jedoch bevorzugt zu vermeidende Reibkontakt ist bei ausreichend großer Ausgestaltung der beteiligten Radien vorsehbar, ohne dass der Reibring 31 über den Außenabsatz 23 hinaus läuft, solange der Kontaktpunkt zwischen der Außenabsatzkante 26 und der Reibringaußenkante 37 einen ausreichenden Abstand zu Absatzfläche 25 aufweist.
Gerade wegen der Bildung der Außenkegel-Reibring-Kontaktfläche 46 nach 2 werden zum einen Kontaktkräfte zwischen dem Reibring 31 und dem Außenabsatz 23 reduziert sowie gleichmäßig über die zweidimensionale Außenkegel-Reibring-Kontaktfläche 46 verteilt. Zum anderen weist der Reibring 31, wie Prüfstandversuche ebenfalls gezeigt haben, einen wesentlich stabileren Lauf in der nach 1 dargestellten Position auf.
Ähnlich der Ausgestaltung des Außenabsatzes 23 verfügt der Innenkegel 11 an seinem jüngeren Ende der Innenkegellauffläche 12 einen Innenabsatz 13 nach 3. Wegen der Verlagerung des Reibringes 31 entlang der Innenkegelrotationsachse 19 bzw. entlang der Reibringrotationsachse 40 ist auch an dem Innenabsatz 13 eine Innenabsatzkante 16 vorgesehen, wobei die Innenabsatzkante 16, wie die Außenabsatzkante 26 auch, über einen Radius in Abhängigkeit von der Ringbreite B verfügt. Dieser Radius beträgt das 0,05-fache bis 0,2-fache der Ringbreite B.
Zwischen der Innenabsatzkante 16 und einer Innenkegelhinterschneidung 17 befindet sich eine Innenkegelanlagenfläche 14, welche eine Kontaktfläche mit dem Reibring 31 bildet. Das Gegenstück zu dieser Innenkegelanlagenfläche 14 wird gebildet durch eine an dem Reibring 31 vorhandene Innenreibfläche 34.
Wie an dem Außenabsatz 23 auch, ist die Innenreibfläche 34 zur Innenkegelanlagenfläche 14 parallel und im rechten Winkel zur Innenkegelrotationsachse 19 ausgerichtet. An der entstehenden zweidimensionalen Kontaktfläche bildet sich im Betrieb ein aus Traktionsfluid bestehender Schmierfilm aus. Der Schmierfilm zwischen der Innenkegelanlagefläche 14 und der Innenreibfläche 34 stabilisiert, sofern Traktionsfluid nicht im Übermaß an dieser Stelle vorhanden ist, den Reibring 31. Wie sofort ersichtlich, wird die Gefahr eines Flatterns des Reibringes 31 durch diese Maßnahme wirkungsvoll vermindert.
Die Innenkegelhinterschneidung 17 indessen führt überschüssiges Traktionsfluid ab, da zwischen der Innenkegelhinterschneidung 17 und einer Reibringinnenkante 36 des Reibrings 31 ein Freiraum gebildet wird. Zur Bildung dieses Freiraumes ist in der erläuterten Ausführungsform der Radius der Innenkegelhinterschneidung 17 größer als der Radius der Reibringinnenkante 36.
Die Reibringinnenkante 36 verfügt ferner über einen Radius vom 0,1-fachen bis 0,3-fachen der Reibringbreite B. Somit läuft der Reibring 31 bei einem Schwenkwinkel größer 0°, wie am Außenabsatz 23 auch, auf den Innenabsatz 13 auf, ohne eine unzulässig hohe Pressung zwischen der Innenabsatzkante 16 und der Reibringinnenkante 36 zu erzeugen. Ein Abscheren des Werkstoffes wird hierdurch wirksam vermieden.
Zusätzlich zu den vorstehend erläuterten geometrischen Ausgestaltungen des Außenabsatzes 23 und des Innenabsatzes 13 sind einige Oberflächen gehärtet und verfügen bevorzugt über eine Härte größer als 53 HRC. So sind in der beschriebenen Ausführungsform zumindest die Innenkegelanlagenfläche 14 und die Innenreibfläche 34 gehärtet. Bevorzugt kann für eine solche Härtung das Nitrierhärten eingesetzt werden, welches das selektive Härten einzelner Oberflächen an einem Bauteil ermöglicht. Denkbar sind jedoch, wie sofort ersichtlich, auch andere Härtemethoden.
Der dargestellte Innenabsatz 13 begrenzt im Gegensatz zum Außenabsatz 23 eine Innenkegelwelle 18 nicht ausdrücklich. Eine am Innenabsatz 13 vorhanden Innenabsatzfläche 15 geht kontinuierlich in die Innenkegelwelle 18 über. Somit ist die Innenkegelwelle 18 nach dieser Ausführungsform bevorzugt für eine Loslagerung des Innenkegels 11 einsetzbar, da ein Wellenabsatz, wie an der Außenkegelwelle 28, nicht vorgesehen ist. Eine zur Definition der Position des Innenkegels erforderliche Festlagerung ist an einer der Innenkegelwelle 18 entgegengesetzten Seite des Innenkegels 11 vorgesehen. Denkbar ist allerdings auch eine umgekehrte Anordnung der verwendeten Lager, wenn die Innenkegelwelle 18 über geeignete Nuten oder ähnliches für Sicherungselemente verfügt und somit ein Lager an der Innenkegelwelle 18 entsprechend fixiert werden kann.
Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass statt einer Fest-Los-Lagerung auch eine Los-Los-Lagerung eingesetzt werden kann, wenn der Innenkegel 11 über eine Anpresseinrichtung verfügt und die Anpresseinrichtung den Kegel 11 axial entlang seiner Innenkegelrotationsachse 19 gegen den Außenkegel 21 verpresst und somit zwischen der Reibringinnenfläche 33, der Innenkegellauffläche 12, der Außenkegellauffläche 22 und der Reibringaußenfläche 32 eine ausreichend hohen Kontaktpressung zum Übertragen von Drehmomenten bereitstellt.
Auch an dem Innenabsatz 13 werden verschiedene Kontaktflächen gebildet, wie insbesondere in 4 dargestellt. Der zuvor erwähnte Schmierfilm zwischen dem Reibring 31 und dem Innenabsatz 12 vermindert die Reibung an einer Innenkegel-Reibring-Kontaktfläche 43. Diese Innenkegel-Reibring-Kontaktfläche 43 ist die geometrische Schnittmenge einer Innenkegelkontaktfläche 41 und einer Reibringinnenkontaktfläche 42, wobei die Innenkegelkontaktfläche 41 der Teil der Innenkegelanlagenfläche 14 ist, welcher gegen die Innenreibfläche 34 anläuft. Im Umkehrschluss ist die Reibringinnenkontaktfläche 42 eine Teilfläche der Innenreibfläche 34.
Die geometrischen Ausmaße der Kontaktflächen, wie sie in 4 beispielhaft dargestellt sind, stehen in Abhängigkeit zu einer Absatzhöhe (nicht beziffert) des Innenabsatzes 13. Die Absatzhöhe des Innenabsatzes 13 entspricht der Differenz des Abstandes der Innenabsatzfläche 15 zur Innenkegelrotationsachse 19 und des Abstandes der Innenkegelhinterschneidung 17 zur Innenkegelrotationsachse 19. Weisen die Innenabsatzkante 16 und die Innenkegelhinterschneidung 17 in Summe eine geringere Ausdehnung als die Absatzhöhe des Innenabsatzes 13 auf, entsteht, wie sofort ersichtlich, die Innenkegelkontaktfläche 41. Auch ist es sofort ersichtlich, dass die Innenkegelreibringkontaktfläche 43 erst gebildet wird, wenn der Außenradius der kreisringförmigen Innenkegelanlagenfläche 14 größer ist als der Innenradius der ebenfalls kreisringförmigen Innenreibfläche 34.
Während die Ausbildung der Innenkegelreibringkontaktfläche 43 wichtig für ein stabilen und ruhigen Lauf des Reibringes 31 ist, erfordert ein wirksamer Anlaufschutz des Reibringes 23, bei welchen der Reibring 23 am Verlassen der Innenkegellauffläche 12 gehindert wird, lediglich eine Absatzhöhe des Innenabsatzes 13, welche größer als der Radius der Reibringinnenkante 36 ist.
Das Kegelreibringgetriebe 1 weist, wie in 5 ersichtlich, neben dem Innenkegel 11. und dem Außenkegel 21 einen mit dem Innenkegel 11 verbundenen Antrieb 61 und einen mit dem Außenkegel 21 verbundenen Abtrieb 62 auf, wobei bei einem positiven Leistungsfluss, z. B. bei Beschleunigung oder einer Konstantfahrt, über den Antrieb 61 Drehmoment in das Kegelreibringgetriebe eingeleitet wird. Über die Innenkegellauffläche 12 des Innenkegels 11 wird das eingeleitete Drehmoment mittels des Reibringes 31 auf die Außenkegellauffläche 22 des Außenkegels 12 übertragen und an den Abtrieb 62 weitergeleitet.
Die in einem Gehäuse des Kegelreibringgetriebes 1 angeordneten Kegel 12, 22 werden jeweils an ihren Enden über Lager in dem Gehäuse gelagert. Hierbei verfügt der Innenkegel 11 an dem Innenabsatz 13 über eine Innen-Fest-Lagerung 51, welche die Innenkegelwelle 18 umgreift. Auf der dieser Innen-Fest-Lagerung 51 abgewandten Seite des Innenkegels 11 befindet sich eine weitere Lagerung für den Innenkegel 11, welche als Innen-Los-Lagerung 52 ausgeführt ist. Somit verfügt der Innenkegel 11 beispielsweise bei einer Temperaturerhöhung über die Möglichkeit an der Innen-Los-Lagerung 52 eine Längendehnung auszugleichen.
Die Innen-Fest-Lagerung 51 ist zudem dazu vorgesehen, entlang der Innenkegelrotationsachse 19 auftretende Axialkräfte, welche durch die Geometrie des Reibkontaktes mit dem Reibring 31 auftreten, aufzunehmen.
Die letztgenannten axial wirkenden Kräfte am Innenkegel 11 und am Reibring 31 werden über eine Anpresseinrichtung 55 auf den Außenkegel 21 aufgebracht, wodurch insbesondere ein Anpressdruck zwischen Innenkegellauffläche 23, Außenkegellauffläche 22 und Reibring 31 erzeugt und die Drehmomentübertragung sichergestellt wird. Zur Abstützung der Anpresskräfte verfügt der Außenkegel 21 über eine Außen-Fest-Lagerung 53, welche die axial wirkenden aber auch einen Teil der tangential wirkenden Anpresskräfte in das Gehäuse des Kegelreibringgetriebes 1 einleitet.
Die radial zur Außenkegelrotationsachse 29 wirkenden Kräfte am Außenkegel 21 werden, zusätzlich zu der Abstützung durch die Außen-Fest-Lagerung 53, über zwei Außen-Los-Lagerungen 54 aufgenommen. In der dargestellten und auch bevorzugten Ausführungsform sind die Los-Lagerungen 52, 52 als Zylinderrollenlager ausgeführt und nehmen somit wegen ihrer sehr hohen Tragfähigkeit einen Großteil der radial zu den jeweiligen Rotationsachsen 19, 29 wirkenden Kräfte auf. Insofern ist das Lager der Außen-Fest-Lagerung 53 nicht notwendigerweise als Schrägkugellager auszuführen. Wegen der bereits ausreichenden radialen Abstützung des Außenkegels 21 durch zwei Zylinderrollenrollenlager kann an dieser Stelle auch ein reines Axiallager zum Einsatz kommen.
Wie sofort ersichtlich, stützt in dieser Ausführungsform das Schrägkugellager des Außen-Fest-Lagerung zusätzlich ein Antriebrad des Abtriebes 62 und, falls eine Schrägverzahnung am Antriebsrad vorgesehen ist, die an diesem Antriebsrad auftretenden Querkräfte in axialer Richtung zur Außenkegelrotationsachse 29.
Bezugszeichenliste

1: Kegelreibringgetriebe
11: Innenkegel
12: Innenkegellauffläche
13: Innenabsatz
14: Innenkegelanlagenfläche
15: Innenabsatzfläche
16: Innenabsatzkante
17: Innenkegelhinterschneidung
18: Innenkegelwelle
19: Innenkegelrotationsachse
21: Außenkegel
22: Außenkegellauffläche
23: Außenabsatz
24: Außenkegelanlagenfläche
25: Außenabsatzfläche
26: Außenabsatzkante
27: Außenkegelhinterschneidung
28: Außenkegelwelle
29: Außenkegelrotationsachse
31: Reibring
32: Reibringaußenfläche
33: Reibringinnenfläche
34: Innenreibfläche
35: Außenreibfläche
36: Reibringinnenkante
37: Reibringaußenkante
39: Reibringrotationsachse
40: Schwenkachse
41: Innenkegelkontaktfläche
42: Reibringinnenkontaktfläche
43: Innenkegel-Reibring-Kontaktfläche
44: Außenkegelkontaktfläche
45: Reibringaußenkontaktfläche
46: Außenkegel-Reibring-Kontaktfläche
51: Innen-Fest-Lagerung
52: Innen-Los-Lagerung
53: Außen-Fest-Lagerung
54: Außen-Los-Lagerung
55: Anpresseinrichtung
61: Antrieb
62: Abtrieb

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009032164 A1 [0004]

Claims

Kegelreibringgetriebe (1) mit wenigstens einem Innenkegel (11), mit wenigstens einem Außenkegel (21) und mit wenigstens einem den Innenkegel (11) umgreifenden Reibring (31) zwischen einer Innenkegellauffläche (12) des Innenkegels (11) und einer Außenkegellauffläche (22) des Außenkegels (21), wobei der Innenkegel (11) einen Innenabsatz (13) an einem sich verjüngenden Ende der Innenkegellauffläche (12) mit einer Innenkegelanlagenfläche (14) sowie einer Innenabsatzfläche (15) sowie der Außenkegel (21) einen Außenabsatz (23) an einem sich verjüngenden Ende der Außenkegellauffläche (22) mit einer Außenkegelanlagenfläche (24) sowie einer Außenabsatzfläche (25) aufweist und wobei der Reibring (31) eine mit der Außenkegellauffläche (22) zumindest teilweise wirkverbundene Reibringaußenfläche (32) sowie eine mit der Innenkegellauffläche (12) zumindest teilweise wirkverbundene Reibringinnenfläche (33) und eine der Innenkegelanlagenfläche (14) zugewandte Innenreibfläche (34) sowie eine der Außenkegellauffläche (22) zugewandte Außenreibfläche (35) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (31) zwischen der Reibringaußenfläche (32) und der Außenreibfläche (35) eine umlaufende Reibringaußenkante (36) mit einem Radius vom 0,3-fachen bis zum 0,8-fachen einer Reibringbreite (B) sowie der Außenkegel (21) zwischen der Außenkegelanlagenfläche (24) und der Außenabsatzfläche (25) eine umlaufende Außenabsatzkante (26) mit einem Radius vom 0,05-fachen bis zum 0,2-fachen der Reibringbreite (B) aufweist.
Kegelreibringgetriebe (1) mit wenigstens einem Innenkegel (11), mit wenigstens einem Außenkegel (21) und mit wenigstens einem den Innenkegel (11) umgreifenden Reibring (31) zwischen einer Innenkegellauffläche (12) des Innenkegels (11) und einer Außenkegellauffläche (22) des Außenkegels (21), wobei der Innenkegel (11) einen Innenabsatz (13) an einem sich verjüngenden Ende der Innenkegellauffläche (12) mit einer Innenkegelanlagenfläche (14) sowie einer Innenabsatzfläche (15) sowie der Außenkegel (21) einen Außenabsatz (23) an einem sich verjüngenden Ende der Außenkegellauffläche (22) mit einer Außenkegelanlagenfläche (24) sowie einer Außenabsatzfläche (25) aufweist und wobei der Reibring (31) eine mit der Außenkegellauffläche (22) zumindest teilweise wirkverbundene Reibringaußenfläche (32) sowie eine mit der Innenkegellauffläche (12) zumindest teilweise wirkverbundene Reibringinnenfläche (33) und eine der Innenkegelanlagenfläche (14) zugewandte Innenreibfläche (34) sowie eine der Außenkegellauffläche (22) zugewandte Außenreibfläche (35) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring zwischen der Reibringinnenfläche (33) und der Innenreibfläche (34) eine umlaufende Reibringinnenkante (36) mit einem Radius vom 0,1-fachen bis zum 0,3-fachen der Reibringbreite (B) sowie der Innenkegel (11) zwischen der Innenkegelanlagenfläche (14) und der Innenabsatzfläche (15) eine umlaufende Innenabsatzkante (16) mit einem Radius vom 0,05-fachen bis zum 0,2-fachen der Ringbreite (B) aufweist.
Kegelreibringgetriebe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenreibfläche (35) sowie die Außenkegelanlagenfläche (24) parallel zueinander ausgerichtet sind und/oder die Innenreibfläche (34) sowie die Innenkegelanlagenfläche (14) parallel zueinander ausgerichtet sind.
Kegelreibringgetriebe (1) nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Oberfläche des Außenabsatzes (23) und/oder eine Oberfläche des Innenabsatzes (13) und/oder eine Oberfläche des Reibringes (31) eine Härte größer als 53 HRC, bevorzugter eine Harte größer als 55 HRC, aufweist.
Kegelreibringgetriebe (1) nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenabsatz (13) und/oder der Außenabsatz (23) aufgeschrumpft ist.
Kegelreibringgetriebe (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenabsatz (13) auf die Innenkegellauffläche (12) und/oder der Außenabsatz (23) auf die Außenkegellauffläche (22) aufgeschrumpft ist.
Kegelreibringgetriebe (1) nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenabsatz (13) eine Höhe größer als das 1,5-fache des Radius der Innenabsatzkanten (16) aufweist und/oder der Außenabsatz (23) eine Höhe größer als das 1,5-fache des Radius der Außenabsatzkanten (26) zwischen der Außenkegelanlagenfläche (24) sowie der Außenabsatzfläche (25) aufweist.