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Reibungsgetriebe mit umlaufenden Kugeln Die Erfindung bezieht sich
auf ein Reibungsgetriebe mit umlaufenden Kugeln, die zwischen zwei äußeren und zwei
inneren, axial gegeneinander verschiebbaren Laufringen in einem mit der treibenden
Welle verbundenen Kugelkäfig drehbar sind und bei dem der eine der inneren Laufringe
durch hydraulischen Druck axial verschiebbar ist.
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Ein derartiges Getriebe soll insbesondere für Kraftfahrzeuge verwendet
werden, damit die Kraftmaschine mit veränderlicher Geschwindigkeit für den Antrieb
des Fahrzeuges eine Zusatzeinrichtung der Kraftanlage derart antreibt, daß ein Kraftverlust
und eine zu hohe Geschwindigkeit der Zusatzeinrichtung und ihre übermäßige Abnutzung
vermieden werden.
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Es ist in Kraftanlagen z. B. für Kraftfahrzeuge üb-
lich, die
Zusatzeinrichtungen der Maschine, z. B. den Ventilator zur Kühlung, den elektrischen
Generator und die Wasserzirkulationspumpe, in der Weise anzutreiben, daß der Antrieb
hierfür unmittelbar mit der Motorkurbelwelle verbunden wird, so daß der Antrieb
mit Geschwindigkeiten im proportionellen Verhältnis zur Motorwellengeschwindigkeit
erfolgL Läuft der Motor mit hoher Geschwindigkeit, erhält man eine zu hohe Geschwindigkeit
der rotierenden Teile der Zusatzeinrichtung, so daß ein unnötiger Kraftverbrauch
und eine übermäßig hohe Abnutzung der Lagerteile sowie der Generatorbürsten auftreten.
In einigen Fällen entsteht sogar eine Verminderung der Leistung der Zusatzeinrichtung.
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Zur Verbesserung von Reibungsgetrieben sind bereits Vorschläge für
Einzehnaßnahmen bekanntgeworden, welche zum Teil auch bei dem Erfindungsgegenstand,
jedoch in Gestalt einer besonders zweckmäßigen funktionellen und baulichen Zuordnung
zueinander verwendet werden.
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So ist es bei Reibungsgetrieben mit urnlaufenden Kugeln an und für
sich bekannt, Tellerfedem zur Herstellung des Kraftschlusses an den axial verschiebbaren
Laufringen vorzusehen. Die axialen Bewewegungen werden hierbei jedoch rein mechanisch
herbeigeführt. Der Gesamtaufbau derartiger bekannten Reibungsgetriebe ist, sofern
beispielsweise zusätzliche, in ihren Eigendrehachsen drehbare Hilfskörper, ferner
Hebel zur Umwandlung der von der Einstellmuffe herrührenden Axialbewegung in Drehbewegung
erforderlich sind, recht kompliziert.
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Ferner ist es bekannt, daß Tellerfedern eine negative Charakteristik
haben. Während bei den gewöhnlichen Federn die durch sie ausgeübte Kraft oder Reaktion
bei der Zunahme der Durchbiegung zunimmt und bei der Abnahme der Durchbiegung abnimmt,
nimmt bei einer Feder mit negativer Charakteristik die Kraft bei der Abnahme ihrer
Durchbiegung zu.
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Weiterhin ist es für sich nicht neu, die äußeren Laufringe durch hydraulischen
Druck axial zu verschieben. Hierbei werden jedoch für die Innenlaufflächen keine
Federn mit negativer Charakteristik verwendet, so daß sich auch keine zwangläufigen
Anpassungen an die auf die inn ren Laufringe ausgeübten axialen Kraftkomponenten
erzielen lassen.
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Ferner ist es vorgeschlagen worden, Wälzkörper-Reibgetriebe mit stufenlos
veränderbarer übersetzung vorzusehen, bei welchen die Drehmomentübertragung mittels
Doppelkegelrollen erfolgt, die ringförmig und achsparallel zwischen zwei inneren
und zwei konzentrisch dazu befindlichen äußeren Abstützkörpern angeordnet sind,
die mit den Kegelflächen der Doppelkegelrollen zusammenwirkende Gegenwälzflächen
aufweisen, wobei mit den in einer gemeinsamen Ebene befIndlichen Doppelkegelrollen
insgesamt vier Kegelwälzflächen zusammenwirken.
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Demgegenüber handelt es sich bei dem Erfindungsgegenstand um eine
besonders sinnreiche Anordnung der hydraulischen Teile an dem axial verschiebbaren
inneren Laufring und den damit zusammenwirken-
den Tellerfedern. Die Erfindung
erlaubt, das Geschwindigkeitsverhältnis der Übersetzung bei äußerst wirtschaftlichem
Energieverbrauch durch die je
weilige Zusatzeinrichtung, z. B. den Ventilator,
in einfacher Weise zu ändern.
Das Wesentliche der Erfindung besteht
darin, daß der auf der getriebenen Welle axial verschiebbare, innere Laufring unmittelbar
mit einem hydraulischen Zylinder verbunden ist, der durch einen axial nicht verschiebbaren
Kolben abgeschlossen ist, daß in dem hydraulischen Zylinder eine Tellerfeder mit
negativer Federcharakteristik mit ihrem inneren Teil an einem Innenring des hydraulischen
Zylinders und mit ihrem äußeren Teil an einer ringförmigen Schulter des Kolbens
anliegt, daß das Druckbl dem hydraulischen Zylinder durch Bohrungen zugeleitet wird
und daß der Außenring des hydraulischen Zylinders sich aegen eine zweite Tellerfeder
abstützt.
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Auf diese Weise nimmt das Geschwindigkeitsverhältnis vom Ventilator
zum Motor ab, wenn die Ge-
schwindigkeit des Motors erhöht wird. Es wird also
eine zu hohe Geschwindigkeit und damit ein Kraftverlust vermieden. Beträgt die Motorwellengeschwindigkeit
z. B. 4000 Umdr./Min., so kann an Stelle einer gewöhnlichen Ventilatorgeschwindigkeit
von 3600 Umdr./Min. eine solche von 2650 Umdr./Min. erreicht werden,
so daß sich damit eine Verringerung von ungefähr 60-04 des für den Antrieb des Ventilators
bei 3600 Umdr./Min. erforderlichen Kraftverbrauchs ergibt. Durch die Verwendung
der an sich bekannten Tellerfeder mit negativer Charakteristik wird hierbei erreicht,
daß zu einer Zeit, zu der die Laufringe Stellungen annehmen, bei welchen eine größere
Kraft zu ihrem Halten notwendig ist, eine größere Federkraft ausgeübt wird. Diese
Kraft der Tellerfedern läßt sich durch weitere Vorkehrungen der Erfindung vervielfachen.
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Weitere Erfindungsmerkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung, in der einige Einzelheiten der Bauart nach der
Erfindung erläutert sind, ohne daß damit beabsichtigt wird, den Umfang der in den
Patentansprüchen festgelegten Erfindung zu begrenzen.
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Es wird auf die Zeichnung Bezug genommen; in dieser zeigt Fig.
1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform des Getriebes, bei welchem das
übersetzungsverhältnis durch einen Strömungsmitteldruck verändert wird, und Fig.
2 einen Schnitt nach Linie 14 der Fig. 1.
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Das Getriebe wird durch die Kurbelwelle 18 des Motors angetrieben
und hat als getriebenen Teil eine Doppelriemenscheibe 14', über welche die Antriebsriemen
für den Generator und Ventilator laufen.
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Das Getriebe weist ein Lagergehäuse 17 auf, welches mit dem
Ende des Motors koaxial mit dem Ende der Motorkurbelwelle verbunden ist. Die Motorkurbelwelle
18 hat eine Verlängerung 19, auf welcher ein hülsenförmiges Lager
20 mit Hilfe einer Schraube 21 befestigt ist, die einen in der Zeichnung nicht eingezeichneten
axialen ölkanal hat, der mit dem ölkanal 23 der Kurbelwelle in Verbindung
steht. Das Lager 20 umgibt eine Hülse 20 a, die auf der Wellenverlängerung
befestigt ist und durch die Doppelriemenscheibe 14' hindurchragt, so daß die Motorkurbelwelle
durch ein entsprechendes Werkzeug von außen her gedreht werden kann.
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Auf dem Lager 20 befindet sich ein inneres Stück 24, welches eine
zylinderförmige Verlängerung 25
aufweist. Die Verlängerung 25 ragt
nach rechts über das Lagergehäuse 17 hinaus und läuft in die Doppelriemenscheibe
14' aus. Ein Teil des Stückes 24 wird von einer Innen- und Außenkugellaufbahn umgeben.
Jede Laufbahn ist aufgespalten, d. h., jede Laufbahn ist in zwei sich ergänzende
Laufringe aufgeteilt. Die Innenlaufbahn besteht aus den Innenlaufringen 27a und
27 b, die auf dem Stück 24 so angeordnet sind -, daß sie sich auf ihm nicht
drehen, aber axial zueinander verschieben können. In gleicher Weise besteht die
Außenlaufbahn aus den Außenlaufringen 28a und 28 b, welche auf dem Lagergehäuse
17 gelagert sind. Die Änderung des Verhältnisses der übersetzung wird durch
hydraulisch beeinflußte Mittel gesteuert. Der Außenlaufring 28 b wird in
Richtung zum Außenlaufring 28 a durch eine schüsselförmige, ringfönnige Tellerfeder
35 gepreßt. Die Innenlaufringe 27 a und 27 b und die Außenlaufringe
28 a und 28 b
ergänzen sich derart, daß die Innenlaufringe 27a
und 27 b Stirnflächen haben, welche eine innere Laufbahn bilden, in der die
Kugeln 31 rollen können, während die Außenlaufringe 28 a und
28 b eine Laufbahn für die Aufnahme der Außenteile der Kugeln 31 bilden.
Die Innenlaufringe werden zu bestimmten Zeiten, worauf noch später eingegangen wird,
durch ringförmige, schüsselfönnige Tellerfedern 62a, 62b mit negativer Charakteristik
zusammengezogen. In gleicher Weise befindet sich die schüsselförmige, ringförnlige
Tellerfeder 35 zwischen einer radialen Wand 36 des Lagergehäuses
17 und dem Außenlaufring 28 b, um ihn in Richtung zum Außenlaufring
28 a
zu pressen.
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Die Kugeln 31 werden in den Außenlaufringen durch einen Kugelkäfig
gerollt und bewirken dadurch eine Drehung der Innenlaufringe und des Stückes 24.
Der Kugelkäfig besteht aus einem Zylinder 38, der zwischen den Innen- und
Außenlaufringen angeordnet ist. Der Zylinder hat radiale Öffnungen 39 zur
Aufnahme der Kugeln. Der Kugelkäfig wird durch seine Verbindung mit der Motorwelle
18 gedreht. Die Verbindung besteht aus einer nach links hervorragenden Verlängerung
40 des Zylinders 38. Die Geschwindigkeit der Drehung des Kuggelkäfigs
38 wird entsprechend den Änderungen der Geschwindigkeit der Motorwelle erhöht
und erniedrigt.
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Das Lagergehäuse 17 ist nachgiebig an dem Motorgehäuse befestigt,
so daß seine koaxiale Lage zur Kurbelwelle 18 durch die Laufbahnen und die
Kugeln 31 bestimmt wird. Am Ende des Motors ist eine ringförrnige Wand 43
befestiA welche das vorragende Ende der Kurbelwelle 18 umgibt. Von der ringförmigen
Wand 43 ragt ein Stift 44 durch eine Öffnung 45 in einen radialen Vorsprung 46 hindurch,
welcher auf dem Lagergehäuse 17 gebildet ist. In der Öff-
nung 45 ist
eine Gummibuchse 47 angeordnet, die den Stift 44 zur nachgiebigen Verbindung des
Lagergehäuses 17 mit dem Motor umgibt, so daß das Getriebe sich entsprechend
einer Exzentrizität verschieben kann, welche die Kurbelwellenverlängerung
19 aufweisen kann.
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Befindet sich der Motor im Leerlauf oder dreht er sich mit einer geringen
Geschwindigkeit, so preßt die Tellerfeder 35 den Außenlaufring
28 b nach links an den Außenlaufring 28a. Zu dieser Zeit sind die Innenlaufringe27a
und 27b voneinander getrennt. Dabei stehen die Kugeln 31 mit den Oberflächen
der Innenlaufringe 27 a und 27 b an Punkten A nahe den radial
nach innen liegenden Rändern der Laufflächen im Eingriff. Die Außenteile der Kugeln
31 stehen mit den Laufflächen der Außenlaufringe 28 a und
28 b
nahe den radial nach außen liegenden Rändern dieser Laufflächen im Eingriff.
Zu dieser Zeit hat das Getriebe
sein höchstes übersetzungsverhältnis.
Es handelt sich hierbei um das Verhältnis der Geschwindigkeit der Drehung der getriebenen
Doppelriemenscheibe 14' zur Geschwindigkeit der Drehung der Motorwelle
18.
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Die Geschwindigkeit, mit welcher sich die Kugeln 31 um die
Achse der Kurbelwelle 18 drehen, ist die gleiche wie die Drehgeschwindigkeit
der Kurbelwelle 18. Wächst die Geschwindigkeit der Kurbelwelle
18
also an, so erhöht sich auch die radial nach außen in den Kugeln
31 wirkende Zentrifugalkraft. Wird der Wert dieser Zentrifugalkraft höher,
bewegen sich die Kugeln 31 nach außen. Die Außenlaufringe 28 a und
28b gehen auseinander. Die Innenlaufringe können sich zusammenziehen. Mit
dem Wort »zusammenziehen« ist die Verschiebung des Innenlaufringes 27a in Richtung
zu dem Innenlaufring 27 b durch die Tellerfedern 62 a,
62 b gemeint. Dadurch entsteht eine Verminderung der Geschwindigkeit
der Doppelriemenscheibe 14' im Verhältnis zur Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle
18. Hat die übersetzung ihr niedrigstes Verhältnis, kommen die Kugeln
31 in Eingriff mit den Punkten C der Laufflächen der Innenlaufringe
27 a und 27 b und in Eingriff mit den Punkten B der Laufflächen der
Außenlaufringe 28 a
und 28 b.
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Durch eine geeignete Bemessung der Teile unter entsprechender Berücksichtigung
der Stärken der Federn 62 a, 62 b und 35 kann das Getriebe
so gesteuert werden, daß die Kugeln 31 nicht anfangen, sich von ihren inneren
Lagen nach außen zu verschieben, bis eine Umdrehungsgeschwindigkeit der Kurbelwelle
18 von größer als 1000 Umdr./Min. erreicht ist. Bewegen sich die Kugeln
31 radial nach außen, wird das Geschwindigkeitsverhältnis allmählich abnehmen,
d. h., das Verhältnis der Geschwindigkeit der Doppelriemenscheibe 14' zur
Geschwindigkeit der Kurbelwelle 18 nimmt ab, so daß keine übermäßig hohen
Geschwindigkeiten auf die getriebenen Zubehörteile, z. B. auf den Generator, den
Ventilator und die Wasserpumpe, übertragen werden, wenn der Motor mit einer hohen
Geschwindigkeit läuft.
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Zur Unterstützung der ringförinigen Tellerfedern 62 a und
62 b ist eine Einrichtung 55 vorgesehen, die einen ringförmigen
Kolben 56 aufweist, der zwischen der inneren Zylinderwand 57 und der
äußeren Zylinderwand 58 angeordnet ist. Die innere Zylinderwand
57 ist ein Teil des mit der getriebenen Doppelriemenscheibe verbundenen Stückes
24, auf welchem die Innenlaufringe 27 a und 27 b gelagert sind, Die
Zylinderwand 58 ist axial verschiebbar und hat eine ringförmige Abschlußwand
59. Die ringförmige Abschlußwand dient zur Verbindung mit dem Innenlaufring
27 a. Das andere Ende 60 der Zylinderwand 58
steht in Verbindung
mit dem Umfangsteil 61 der Tellerfeder,62 a. Der innere, ringförmige Teil
53 der Tellerfeder 62a steht im Eingriff mit der benachbarten Fläche des
ringfÖrmigen Kolbens 56. Die Tellerfeder 62 b ist zwischen dem Kolben
56 und der zylinderförinigen Abschlußwand 59 so angeordnet, daß ihr
Außenteil auf den Kolben 56 einwirkt, während ihre innere Kante mit der Abschlußwand
59 zusammenarbeitet. Eine ringfÖrnüge Schulter 64 ist auf der inneren, zylinderförmigen
Wand 77 so angeordnet, daß sie im Eingriff mit einem Zwischenteil der Tellerfeder
62a steht. Die Schulter 64 ist eine Stütze, um welche die Tellerfeder 62a nach Art
eines Hebels zur Vervielfachung der Kraft arbeiten kann, d. h., verschiebt
sich der innere Teil 63 der Tellerfeder 62a nach links, flacht die Tellerfeder
ab, und ihr Umfangsteil 61 schwingt nach rechts um die Schulter 64 herum.
Die Zylinderwand 58 wird nach rechts verschoben. Der Innenlaufring 27a wird
in Richtung zum Innenlaufring 27 b mit einer Kraft verschoben, welche infolge
der Hebelwirkung rund um die Stützschulter 64 ein Vielfaches der Kraft ist, welche
die Tellerfeder ausüben kann, wenn sie in der gewöhnlichen Weise benutzt wird.
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Es wird Drucköl zur Betätigung des Kolbens 56
und des Zylinders
58 in entgegengesetzten Richtungen aus der axialen öffnung der Kurbelwelle
18
durch einen radialen Kanal 65 im Endteil 19 der Kurbelwelle
18 und durch einen radialen Kanal 66 im Stück 24 in den ringförmigen
Raum 67 zwischen dem Kolben 56 und der zylinderförnügen Abschlußwand
59 aufgenommen. Die Abschlußwand 59 des Zylinders 58 hat einen
Kanal 68, welcher den ringförmigen Raum 67 des Zylinders
58 mit dem Raum außerhalb des Zylinders 58 verbindet. Gemäß der Erfindung
ist ein Ventil vorgesehen, welches den ölfluß durch den Kanal 68 steuern
kann. Dadurch wird der Druck im Raum 67 für den Kolben 56 gesteuert.
Man erhält somit eine Kraft, welche die Kraft der schüsselförinigen Tellerfedern
62a und 62b ergänzt.
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In der Außenstimfläche der Abschlußwand 59 des Zylinders
58 ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich, eine schmale, bogenförmige Ausnehmung
69 vorhanden. Das eine Ende der Ausnehmung schneidet das Außenende des Kanals
68 gemäß Fig. 2. In der Ausnehmung 69 befindet sich eine flache, bogenförmige
Ventilplatte 70. Sie wird durch eine Blattfeder 71 in der zurückgezogenen
Lage gehalten, in welcher sie in Fig. 2 gezeigt ist, wenn der Zylinder
58 stationär ist oder sich mit einer niedrigen Geschwindigkeit dreht. Die
öffnung 68 ist zu dieser Zeit offen, so daß öl aus dem Raum
67 entweichen kann. Nimmt die Drehgeschwindigkeit der Teile 68 und
70 zu, bewirkt die auf die Ventilplatte einwirkende Zentrifugalkraft, daß
die Platte nach außen schwingt und den Ölfluß aus dem Raum 67 durch den Kanal
68 beschränkt. Der öldruck wird dann im Raum 67 aufgebaut. Er preßt
den ringförinigen Kolben 56 in Richtung zu der Stützschulter 64. Die Tellerfedern
62 a und 62 b
haben beide eine negative Charakteristik. Sie
üben kontinuierlich einen Druck aus, um den Zylinder 58
in der Richtung des
Innenlaufringes 27a zu pressen. Da die Tellerfedern 62 a und 62 b
eine negative Charakteristik haben, rufen sie eine erhöhte Kraft hervor, wenn der
Innenlaufring 27 a dichter an den Innenlaufring 27 b verschoben wird,
um die Berührungspunkte zwischen den Innenlaufringen und den Kugeln von den Punkten
A in Richtung zu den Punkten C
nach Fig. 1 zu verschieben. Verschiebt
sich der Berührungspunkt zwischen den Innenlaufringen und den Kugeln von der Stelle
A zu der Stelle C, muß eine weit größere Kraft axial ausgeübt werden.
Das Anwachsen der durch die Tellerfedern 62 a und 62 b ausgeübten
Kraft, wenn ihre Durchbiegung vermindert wird, ist im wesentlichen ausreichend,
so daß die vom öldruck in der Kammer 67 erzeugte Kraft nicht groß zu sein
braucht.
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Durch das Zusammenziehen der Innenlaufringe 27a und 27b der
Fig. 1 infolge der Verschiebung des Kolbens 56 in der beschriebenen
Weise werden die Kugeln 31 radial nach außen verschoben, die
Außenlaufringe
28 a und 28 b werden auseinandergespreizt, und das Verhältnis der
Drehgeschwindigkeit der Doppelriemenscheibe 14' zur Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle
18 wird vermindert.
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Bei einer Motorwellengeschwindigkeit von z. B. 4000 Umdr./Min. beträgt
die Ventilatorgeschwindigkeit 2630 Umdr./Min. im Vergleich zu einer Ventilatorgeschwindigkeit
von 3600 Umd./Min. bei dem gewöhnlichen Riemenantrieb. Man hat einen Unterschied
von 950 Umdr./Min. zugunsten der Erfindung und einen PS-Verbrauch durch den
Ventilator, der um 6011/o kleiner ist als der PS-Verbrauch des durch den gewöhnlichen
Riementrieb mit 3600 Umd./Min. angetriebenen Ventilators, wenn der Motor
mit der hohen Geschwindigkeit von 4000 Umdr./Min. läuft. Gemäß der Erfindung wird
somit eine bessere Kühlung bei der niedrigen Motorwellengeschwindigkeit infolge
der höheren Geschwindigkeit des Ventilators erreicht.