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Stufenlos verstellbares Getriebe mit zwischen Kegelscheibenpaaren
laufendem Zugmittel Es besteht ganz allgemein beim Bau von stufenlos verstellbaren
Getrieben das Bedürfnis, die spezifische Raumleistung zu steigern. Bei als Kegelscheiben-Umschlingungstriebe
mit metallischen Gliederketten ausgebildeten stufenlos verstellbaren Getrieben ist
es im Hinblick hierauf erforderlich, die zur Erzeugung der notwendigen Reibkräfte
aufzubringenden axialen Anpreßkräfte sowohl von dem zu übertragenden Drehmoment
als auch von der eingestellten Übersetzung in bestimmter Weise abhängig zu machen.
Dies wird bei einer bekannten Bauart solcher Kegelscheiben-Umschlingungstriebe dadurch
erreicht, daß das an jeder Welle wirkende Drehmoment mittels an der Nabe der Kegelscheibe
und einer fest mit der Welle verbundenen Muffe vorgesehener, einander gegenüberliegender
Schraubenflächenpaare veränderlicher Steigung unter Zwischenschaltung von Wälzkörpern
in eine mit dem Drehmoment und der Übersetzung veränderliche axiale Anpreßkraft
umgewandelt wird. Der Nachteil dieser Bauart liegt jedoch darin, daß die Wälzkörper,
die beim Lauf in einer Drehrichtung ständig an den gleichen Schraubenflächenpaaren
anliegen, sich beim Wechsel der Kraftrichtung an andere Schraubenflächenpaare mit
entgegengesetzter Steigung anlegen müssen. Dieses Anlegen geht aber stoßartig vor
sich, da zwischen den Schraubenflächenpaaren für die beiden Drehrichtungen je nach
der eingestellten Übersetzung des Getriebes ein ziemlich großer Totwinkel liegt.
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Dieser Nachteil wird bei einer anderen Bauart zwar dadurch vermieden,
daß die Schraubenflächen jeweils konstante Steigung aufweisen und die Muffe gemeinsam
mit der zugehörigen Kegelscheibe zwecks Änderung der Übersetzung des Getriebes auf
der Welle verschoben wird. Doch muß wegen dieser Anordnung die erzeugte Axialkraft
auch in voller Höhe gegen das Getriebegehäuse abgestützt werden. Außerdem ist die
Anpreßkraft immer nur dem Drehmoment direkt proportional und kann sich nicht in
Abhängigkeit von der eingestellten Übersetzung des Getriebes ändern, so daß bei
bestimmten Übersetzungen viel zu große Anpreßkräfte und damit unnötig hohe Belastungen
der Getriebeteile und insbesondere der Axiallager in Kauf genommen werden müssen.
Es ist bereits bekannt, die an den axial verschiebbaren Muffen auftretenden Reaktionskräfte
über scherenartig angeordnete Hebel jeweils auch auf das Kegelscheibenpaar auf der
anderen Welle als Anpreßkräfte zu übertragen und damit eine gewisse Abhängigkeit
der Anpreßkräfte von der Übersetzung des Getriebes herzustellen. Aber auch bei dieser
Anordnung werden in bestimmten Übersetzungen des Getriebes Anpreßkräfte erzeugt,
welche die zur einwandfreien Kraftübertragung erforderlichen Anpreßkräfte übersteigen
und die Getriebebauteile übermäßig belasten.
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Um die Belastung der Längslager, welche die Steuerkräfte übertragen
müssen, herabzusetzen, ist es bekannt, bei den zuletzt genannten Bauarten die Steuerwege
größer zu machen als die Verstellwege der Kegelscheiben. Wegen der Konstanz der
Steuerarbeit werden dann die über die Längslager von den Steuerhebeln auf die rotierenden
Teile des Getriebes zu übertragenden Steuerkräfte zwar kleiner, jedoch noch nicht
in ausreichendem Maße. Nach wie vor sind sie bei bestimmten Übersetzungen des Getriebes
größer als erforderlich.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, die Vorteile der bisher
bekannten Getriebebauarten miteinander zu kombinieren, ohne die bei den- einzelnen
Bauarten auftretenden Mängel mit übernhmen zu müssen. Das Ziel ist, durch weitestmögliche
Verminderung der Blindkräfte eine möglichst hohe Raumleistung bei hoher Betriebssicherheit
und langer Lebensdauer zu erreichen und darüber hinaus das Getriebe in beliebiger
Drehrichtung und an jeder seiner Wellen antreiben als auch plötzliche Umkehrungen
der Drehmomentenrichtung unbedenklich zulassen zu können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einer Getriebeanordnung ausgegangen,
bei der die mit ihren Naben ineinander gelagerten Kegelscheiben eines jeden Paares
durch Rollenpaare, die in je einer auf der Getriebewelle drehbar aber axial unverschiebbar
angeordneten Zwischenhülse geführt sind und mit in
die Naben der
Kegelscheiben eingearbeiteten Schrägflächen zusammenarbeiten, symmetrisch zueinander
bewegt und mit drehmomentabhängiger Kraft dadurch gegen das Zugmittel gepreßt werden,
daß auf die Zwischenhülsen über Schrägführungen Drehmomente von die Zwischenhülsen
umgebenden, axial verschiebbaren Hülsen ausgeübt werden, auf die den Drehmomenten
an den zugehörigen Wellen proportionale Axialkräfte wirken, welche von mit den Getriebewellen
drehfest verbundenen Anpreßringen erzeugt werden. Erfindungsgemäß sind zur Erzeugung
einer sowohl vom Drehmoment an der zugehörigen Welle als auch von der jeweiligen
übersetzung des Getriebes abhängigen Anpreßkraft zwischen den Scheiben und der Kette
die in die Naben der Kegelscheiben eingearbeiteten Schraubenflächenpaare mit veränderlicher
Steigung ausgebildet und die auf den Wellen axial verschiebbaren Anpreßringe über
Längslager gegen an einer Drehung gehinderte Einstellringe abgestützt, welche gleichzeitig
und in gegenseitiger nichtlinearer Abhängigkeit durch von einem gemeinsamen Einstellorgan
verdrehbare Kurvenflächen mit nichtlinearer Steigung um solche Beträge axial verstellbar
sind, daß die veränderliche Steigung der Schraubenflächenpaare in den Naben der
Kegelscheiben ausgeglichen wird, so daß sich die Abstände zwischen den Kegelscheiben
der beiden Paare entgegengesetzt, aber um jeweils gleich große Beträge ändern.
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Nur durch die Kombination der genannten Merkmale gelingt die Lösung
der gestellten Aufgabe. Die Anpreßringe wirken als Drehmomentgleichrichter, die
Schraubenflächenpaare zur Erzeugung willkürlich vorbestimmter Anpreßkräfte und die
Kurvenflächen zur Kompensation der durch die Schraubenflächen erzeugten Nichtlinearitäten.
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Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, daß die Kurvenflächen
als konzentrisch zu den Getriebewellen drehbare, aber axial unverschiebbare Kurvenmuffen
mit Schraubenflächen veränderlicher Steigung ausgebildet sind, gegen die sich die
Einstellringe mit um radial gerichtete Achsen drehbaren Stützrollen abstützen. Bei
dieser Ausbildung können zweckmäßig die Kurvenmuffen je einen Zahnkranz tragen,
die mit einem gemeinsamen Ritzel kämmen, das zwecks Einstellung der Übersetzung
des Getriebes mittels eines Handrades od. dgl. von außen drehbar ist. Diese Anordnung
der Kurvenmuffe bringt weiterhin noch den Vorteil einer sehr starren Ausführung
der Steuerorgane durch ihre zu den Getriebewellen konzentrische Anordnung und die
dadurch ermöglichten sehr kurzen Kraftwege im Vergleich zu den wesentlich elastischeren
Steuerhebeln oder Scherenhebeln der bekannten Getriebebauarten. Weiterhin werden
die von den Kurvenmuffen aufzunehmenden Axialkräfte zweckmäßig über Längskugellager
in axialer Richtung gegen die Getriebewellen abgestützt. Durch diese Maßnahme können
die Läger der Getriebewellen in dem Getriebegehäuse von Axialkräften entlastet werden,
weil alle in axialer Richtung auftretenden Kräfte innerhalb der Getriebewelle abgefangen
werden. Außerdem wird dadurch die Starrheit der Steuerorgane noch weiter erhöht,
weil die von ihnen aufzunehmenden Axialkräfte auf dem kürzestmöglichen Wege gegen
die sich drehenden Teile des Getriebes abgestützt werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens
an Hand eines schematischen Längsschnittes dargestellt. Das Getriebe weist zwei
in einem Gehäuse 1 gelagerte Wellen 2 und 3 auf, die jede ein Paar lose auf den
Wellen sitzende Kegelscheiben tragen. Die Kegelscheiben auf der Welle 2 sind mit
4 und 5, die auf der Welle 3 mit 6 und 7 bezeichnet. Zwischen den Kegelscheibenpaaren
4/5 und 6/7 läuft eine Metallgliederkette B.
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Die auf den Wellen 2 und 3 angeordneten Scheibensätze mit ihren Anpreß-
und Steuereinrichtungen sind untereinander gleich. Die Kegelscheiben 4 und 6 sind
mit ihren Naben 9 frei drehbar auf den zugehörigen Getriebewellen 2 bzw. 3 gelagert.
Die Kegelscheiben 5 und 7 sind mit ihren Naben 10 auf den Naben 9 der Kegelscheiben
4 und 6 gelagert und durch eine Keilverbindung 11 an einer Drehung gegenüber den
Kegelscheiben 4 und 6 gehindert. Sie können aber zwecks Änderung der Getriebeübersetzung
auf den Naben 9 der Kegelscheiben 4 und 6 axial bewegt werden. In die Naben
9 und 10 der Kegelscheibenpaare 4/5 und 6/7 sind Schraubenflächen
12 und 13 veränderlicher Steigung eingearbeitet. Die Schraubenflächen 12 und 13
liegen spiegelbildlich einander gegenüber, so daß zwischen ihnen ein sich in Umfangsrichtung
erstreckender und sich symmetrisch verjüngender Spalt gebildet wird. Auf dem Umfange
der Kegelscheibennaben 9 und 10 sind wenigstens zwei solcher Schraubenflächenpaare
12/13 vorgesehen. Zwischen jedem Schraubenflächenpaar 12/13 ist ein Rollenpaar 14/15
angeordnet. Mit der Schraubenfläche 12 arbeitet die Rolle 14 und mit der Schraubenfläche
13 die Rolle 15 zusammen. Beide Rollen stützen sich gegeneinander ab und .sind in
einer Zwischenhülse 16 geführt, die drehbar auf der zugehörigen Getriebewelle 2
bzw. 3 angeordnet ist. Wenigstens ein Anschlag 17 verhindert ihre axiale Verschiebung.
Die Führung der Rollenpaare 14/15 durch die Zwischenhülse 16 ist in der Weise ausgebildet,
daß die Rollen 14 und 15 um radial gerichtete Lagerzapfen 18 und 19 in der Zwischenhülse
16 drehbar gelagert sind.
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Wird die Zwischenhülse 16 im Sinne des an dem aus dem Getriebegehäuse
1 herausragenden Wellenstummel der Getriebewelle 2 eingezeichneten Pfeiles
20 gegenüber dem Kegelscheibenpaar 4/5 bzw. 6/7
gedreht, dann
suchen die in Umfangsrichtung sich bewegenden Rollenpaare 14/15 den sich verjüngenden
Spalt zwischen den Schraubenflächenpaaren 12/ 13 zu vergrößern. Die Kegelscheiben
werden dadurch symmetrisch zueinander im Sinne der Pfeile 21 und 22 bewegt. Dementsprechend
verkleinert sich der Abstand zwischen den Kegelscheiben des betrachteten Kegelscheibenpaares,
so daß die Metallgliederkette 8 gezwungen wird, auf einen größeren Laufkreis
nach außen zu wandern.
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Die Zwischenhülse 16 ist von einer weiteren Hülse 23 umgeben,,
die mittels einer Keilverbindung 24 mit dem Kegelscheibenpaar 415 bzw. 6/7
drehfest, ihm gegenüber aber axial verschiebbar angeordnet ist. Die Hülse 23 weist
auf ihrem Umfang wenigstens einen schraubenförmigen Schlitz 25 auf, der als Schrägführung
für wenigstens eine in der Zwischenhülse 16 angeordnete, um eine radiale Achse 26
drehbar gelagerte Führungsrolle 27 dient. Gegenüber der Nabe 28 der Hülse 23 ist
auf der Welle mittels einer Keilverbindung 29 ein Anpreßring 30 drehfest, aber axial
verschiebbar auf der Getriebewelle 2 bzw. 3 gelagert. In die Stirnflächen der Nabe
28 der Hülse 23 und ebenso des Anpreßringes 30 sind; gleichmäßig
auf
dem Umfang verteilt, eine Reihe von paarweise angeordneten Schraubenflächen gleicher
und gleichmäßiger Steigung eingearbeitet, zwischen denen Kugeln 31 angeordnet
sind. Mit jeder Schraubenfläche 32 an der Nabe 28 der Hülse 23 arbeitet über die
Kugel 31 jede der Schraubenflächen 33 des Anpreßringes 30 für die eine Drehrichtung
zusammen, während für die entgegengesetzte Drehrichtung die Schraubenflächen 34
an der Hülse 23 mit den Schraubenflächen 35 am Anpreßring 30 zusammenarbeiten. .
-Wird die Getriebewelle 2 bzw. 3 gegenüber dem auf ihr drehbar angeordneten Scheibensatz
4/5 bzw. 6/7 einschließlich der Zwischenhülse 16 und der Hülse 23 gedreht, dann
wird das Drehmoment der Getriebewelle über den mit der Welle drehfest verbundenen
Anpreßring 30, die Schraubenflächen 33 oder 35, die Kugeln 31 und die Schraubenflächen
32 oder 34 auf die Hülse 23 und von dieser über die Keilverbindung 24 auf die Kegelscheibenpaare
4/5 bzw. 6/7 übertragen. Gleichzeitig wird das an der Welle wirksame Drehmoment
durch die Schraubenflächen 32 bis 35 in eine dem Drehmoment an der Welle proportionale
Axialkraft umgewandelt, die unabhängig von der Drehmomentenrichtung die Hülse 23
in Richtung des Pfeiles 36 zu verschieben sucht. Da sich die Hülse 23 wegen der
Keilverbindung 24 gegenüber dem Scheibensatz nicht drehen kann, wird auf die Zwischenhülse
16 über die Schrägführung 25 und die Führungsrolle 27 ein Drehmoment in Richtung
des Pfeiles 20 ausgeübt, durch das in der oben beschriebenen Weise die Kegelscheiben
4 und 5 bzw. 6 und 7 in Richtung der Pfeile 21 und 22 gegen die Metallgliederkette
8 gepreßt werden. Die Kraft, mit der dies geschieht, ist abhängig von dem
Drehmoment an der Welle und dem konstanten Neigungswinkel der Schraubenflächen 32
bis 35 und ist außerdem abhängig von dem örtlichen Neigungswinkel der Teilstücke
der Schraubenflächen 12 und 13, mit denen bei der gegebenen Übersetzung des Getriebes
die Rollen 14 und 15 gerade zusammenarbeiten. Bei einer Änderung des
Kettenlaufradius an dem betrachteten Scheibenpaar kommen andere Bahnstücke der Schraubenflächen
12 und 13 mit den Rollen 14 und 15 in Berührung. Da diese anderen Bahnstücke der
Schraubenflächen 12 und 13 andere örtliche Steigungswinkel aufweisen, ändert
sich die Anpreßkraft nicht nur mit der Drehmomentbeiastung des Getriebes, sondern
auch mit der Übersetzung des Getriebes. Durch entsprechende Wahl der Steigungswinkel
der Schraubenflächen 12 und 13 und 32 bis 35 kann man die erzeugten Anpreßkräfte
den in den verschiedenen Betriebszuständen des Getriebes zur einwandfreien Kraftübertragung
erforderlichen Anpreßkräften genauestens anpassen.
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Die auf den Wellen 2 bzw. 3 uridrehbar, aber axial verschiebbar angeordneten
Anpreßringe 30 sind über Längskugellager 37 gegen Einstellringe 38 in axialer
Richtung abgestützt. Diese Einstellringe 38 sind dadurch gegen Drehung gesichert,
daß ein radial gerichteter Zapfen 39 mit einem im Getriebegehäuse angeordneten
Bolzen 40 derart zusammenarbeitet, daß der Einstellring nur in axialer Richtung
verschiebbar ist. Die Einstellringe 38 tragen auf ihrem Umfang wenigstens
je eine um eine radial gerichtete Achse drehbare Stützrolle 41, die sich gegen eine
Schraubenfläche 42 einer Kurvenmuffe 43 abstützt. Die Kurvenmuffen 43 sind mit Längslagern
44 gegen die Getriebewellen 2 bzw. 3 in axialer Richtung abgestützt und somit um
diese Getriebewellen drehbar, aber axial uriverschiebbar gelagert. An ihrem äußeren
Umfangsrand tragen die Kurvenmuffen 43 Zahnkränze 45, die mit einem Ritzel 46 kämmen,
das über eine Welle 47 mittels eines Handrades 48 von außen gedreht werden kann.
Als Reibungsbremse ist gegen unbeabsichtigte Drehung des Ritzels 46 eine Schraubenfeder
49 vorgesehen.
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Wird das Handrad 48 und damit das Ritzel 46 gedreht, so drehen sich
gleichzeitig auch die Kurvenmuffen 43. Durch die in die Kurvenmuffen 43 eingearbeiteten
Schraubenflächen 42 werden die Einstellringe 38 gegensinnig in axialer Richtung
verstellt, über die Längskugellager 37, die Anpreßringe 30 und die Kugeln 31 teilt
sich diese Bewegung der Einstellringe 38 auch den Hülsen 23 mit, durch deren Axialverschiebung
über die Schrägführung 25 die Zwischenhülsen 16 so gedreht werden, daß sich der
Abstand der Scheiben des einen Scheibensatzes vergrößert und der Abstand der Scheiben
des anderen Scheibensatzes um den gleichen Betrag verkleinert. Dadurch wird die
Metallgliederkette 8 gezwungen, andere Laufkreisdurchmesser zwischen den Scheiben
der beiden Scheibensätze einzunehmen, wodurch sich die übersetzung des Getriebes
ändert. Da gleiche Axialverschiebungen der Hülsen 23 wegen der veränderlichen Steigungswinkel
der Schraubenflächen 12 und 13 unterschiedlich große Axialverschiebungen
der Kegelscheiben eines jeden Paares zur Folge hätten, müssen die Steigungswinkel
der Schraubenflächen 42 der Kurvenmuffen 43 veränderlich sein. Die Steigungswinkel
der Schraubenflächen 12 und 13 einerseits und 42 andererseits sind so aufeinander
abgestimmt, daß bei gleichem Drehwinkel der Kurvenmuffen 43 gleich große, aber entgegengesetzt
gerichtete Abstandsänderungen der Kegelscheiben eines jeden Paares eintreten.