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Schwenkkugelgetriebe Die Erfindung bezieht sich auf ein Schwenkkugelgetriebe
mit je einem Laufring auf der treibenden und der getriebenen Welle, die innerhalb
eines aus zwei Hälften bestehenden Gehäuses koaxial gelagert sind und mit um verschwenkbare
Achsen umlaufenden, durch einen Ring gegen die Laufringflächen gehaltenen Schwenkkugeln
zusammenwirken, bei dem die in im wesentlichen radial verlaufenden Vertiefungen
des Getriebegehäuses geführten Achsen der Schwenkkugeln zur Veränderung des Neigungswinkels
zusätzlich in Schrägschlitzen einer drehverstellbaren Irisführung geführt sind.
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Bei bekannten Schwenkkugelgetrieben dieser Art sind die treibende
und die getriebene Welle an entgegengesetzten Seiten des Gehäuses nach außen geführt.
Dies bringt den Nachteil mit sich, daß zum genauen Zentrieren der mit hohen Anpreßdrücken
beaufschlagten Laufringe die Lager für die Wellen in den beiden getrennten Gehäusehälften
in sehr genauer gegenseitiger Fluchtung hergestellt werden müssen, was praktisch
nur im zusammengebauten Zustand der beiden Gehäusehälften möglich ist. Diese Anordnung
der Wellen hat außerdem den Nachteil zur Folge, daß die gesamten durch das Getriebe
zu übertragenden Kräfte über das Gehäuse geführt werden müssen und dieses daher
sehr massiv ausgebildet werden muß.
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Außerdem ist bei diesen bekannten Schwenkkugelgetrieben die als Scheibe
ausgebildete drehverstellbare Irisführung nur über einen seitlich am Gehäuseumfang
nach außen geführten Stellhebel einstellbar. Dadurch ist es einerseits schwierig,
das Gehäuse am Umfang völlig öldicht zu halten, und es besteht andererseits die
Gefahr, daß durch die relativ hohen Kräfte, die durch einen derartigen langen Hebelarm
auf die Irisführung aufgebracht werden können, die Schwenkkugeln bei stillstehendem
Getriebe gewaltsam verdreht und dadurch infolge der sehr hohen statischen Drücke
an den Berührungsstellen zwischen den Schwenkkugeln und den Laufringen die Irisführung
bzw. andere Getriebeteile beschädigt werden können.
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A11 diese Nachteile bei einem Schwenkkugelgetriebe der oben bezeichneten
Art werden erfindungsgemäß dadurch überwunden, daß die eine der Wellen der beiden
Laufringe in an sich bekannter Weise als Hohlwelle ausgebildet und in der einen
Gehäusehälfte gelagert ist und die andere als Innenwelle ausgebildet und innerhalb
der Hohlwelle durch eine Lageranordnung zentrisch gelagert und axial abgestützt
ist und daß die drehverstellbare Irisführung auf einer nach außen geführten zur
Hauptachse des Getriebes gleichachsig drehbaren Betätigungswelle befestigt und in
der anderen Gehäusehälfte gelagert ist.
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Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Schwenkkugelgetriebe wird. durch
die konzentrische Ineinanderlagerung der treibenden und getriebenen Welle das Gehäuse
vollständig von den zu übertragenden Kräften entlastet, und die Kraftübertragung
konzentriert sich allein auf die zwischen der Hohlwelle und der Innenwelle angeordnete
Lageranordnung. Dabei ist nur ein einziges derartiges Lager erforderlich, da die
Schwenkkugeln als Kugellager für die Laufringe wirken und diese damit selbsttätig
zentriert werden. Durch diese erfindungsgemäße Wellenanordnung wird es außerdem
möglich, die Betätigungswelle der Irisführung koaxial zu der Getriebehauptachse
nach außen zu führen, wodurch das Gehäuse völlig öldicht ausgebildet und die Drehzahleinstellung
über die Irisführung wesentlich empfindlicher ausgeführt werden kann, so daß eine
Zerstörung dieser Irisführung bzw. des Getriebes durch unsachgemäße Betätigung nahezu
ausgeschlossen ist.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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F i g.1 ist ein im wesentlichen längs der Linie A -A
in F i
g. 2 verlaufender Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Reibungsgetriebes; F i g. 2 ist eine Stirnansicht des Deckplattenendes des Gehäuses;
F i g. 3 zeigt als Teildarstellung die angenäherte Kurvenform der Schlitze in der
Irisführung, die im vorliegenden Falle dazu dienen, eine Änderung der
Drehzahl
in geometrischer Progression in bezug auf die Winkelbewegung der Irisführung zu
erzielen; F i g. 4 zeigt als Teildarstellung die angenäherte Kurvenform der Schlitze
in der Irisführung, die im vorliegenden Falle dazu dienen, eine Änderung der Drehzahl
in hyperbolischer Progression in bezug auf die Winkelbewegung der Irisführung zu
erzielen.
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Das hier beschriebene Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Reibungsgetriebes umfaßt in bekannter Weise gleichachsig angeordnete Laufringe 1
und 2 mit den Reibflächen 3 und 4, von denen der eine das treibende Element und
der andere das getriebene Element bildet. Die Laufringe sind in einem axialen Abstand
voneinander angeordnet und greifen an die Schwenkkugeln 5 an, von denen mindestens
drei und vorzugsweise fünf vorgesehen sind; die Schwenkkugeln 5 sind längs des Umfangs
der Reibflächen 3 und 4 in gleichmäßigen Abständen verteilt und werden durch einen
frei drehbaren Außenring 6 in Anlage an den Reibflächen 3 und 4 gehalten; die Innenfläche
7 des Außenringes 6 besitzt die gleiche Krümmung wie die Kugeln 5. Jede Kugel 5
ist auf einer Achse 8 drehbar, die in Lagern 9 innerhalb der Kugel gelagert ist;
jede Achse 8 trägt an ihrem einen vorspringenden Ende einen Kopf 10 mit ebener
Stirnfläche und am entgegengesetzten vorspringenden Ende einen Bund 11 mit ebener
Stirnfläche, und der Kopf 10 und der Bund 11 greifen jeweils in gebogene,
im wesentlichen radial angeordnete Führungsnuten 12 bzw. 13 in den einander zugewandten
Wänden eines Gehäuses ein. Eine mit einer kugelförmigen Oberfläche versehene Verdickung
14 in Form eines auf einen vorspringenden Abschnitt der Achse 8 aufgeschobenen Bundes
greift in einen Schlitz 15 einer Irisführung 16 ein, und der Schlitz 15 ist so geformt,
daß sämtliche Achsen 8 bei einer Winkelbewegung der Irisführung um die Achse des
Aggregats gleichsinnig in radialen Ebenen gegenüber den Laufringen 1 und 2 um die
Achsen der betreffenden Kugeln 5 gekippt werden, um das übersetzungsverhältnis zwischen
den Laufringen 1 und 2 zu ändern. Der geschlitzte Teil der Irisführung 16, die auf
einer Seite der Kugel 5 angeordnet ist, paßt sich deren Krümmung im wesentlichen
an. Das Gehäuse umfaßt einen Hauptendabschnitt 17 und einen diesem gegenüberliegenden
als Deckplatte ausgebildeten Endabschnitt 18, wobei der Hauptendabschnitt 17 das
gesamte Getriebe trägt. Der Laufring 1 besteht mit einer äußeren rohrförmigen Hohlwelle
19 aus einem Stück oder ist auf geeignete Weise an ihr befestigt; die Hohlwelle
19 läuft in in einem axialen Abstand voneinander angeordneten Lagern, vorzugsweise
in Rollenlagern 20, die in den Hauptendabschnitt 17 des Gehäuses eingebaut sind,
so daß die Hohlwelle 19 ausschließlich durch diesen Endabschnitt unterstützt wird.
Der andere Laufring 2 ist an einem Abschnitt 22 einer Innenwelle
21 befestigt, die sich durch die rohrförmige Hohlwelle 19 hindurch erstreckt,
und diese Innenwelle 21 ist konzentrisch mit der Hohlwelle 19 unabhängig von dem
gegenüberliegenden Gehäuseabschnitt 18 drehbar gelagert.
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Der Laufring 2 kann sich drehen und sich auf dem Wellenabschnitt 22
axial verschieben; die Antriebskraft wird zwischen der Innenwelle 21 und dem Laufring
2 durch eine selbsttätige Druckeinstelleinrichtung übertragen, die mit Kurvenflächen
und Rollen arbeitet und z. B. mehrere radial angeordnete tonnenförmige Rollen 23
umfaßt, welche in einem mit öffnungen versehenen Ring 24 angeordnet sind
und an einander zugewandten Nockenflächen 25 und 26 angreifen, die an der Außenfläche
des Laufringes 2 und an der Innenfläche eines Widerlagers 27 ausgebildet sind; das
Widerlager 27 besitzt die Form eines mit dem Ende der Innenwelle 21 verkeilten Bundteils,
das sich an einem Kopfabschnitt 28 der Welle 21 abstützt. Diese selbsttätige Druckeinstelleinrichtung
wirkt in bekannter Weise derart, daß bei einer relativen Drehbewegung zwischen dem
Laufring 2 und der Innenwelle 21 durch das Angreifen der Rollen 23 an den Nockenflächen
25 und 26 eine Torsionsbeanspruchung in eine axiale Schubkraft verwandelt wird,
die auf den Laufring 2 in Richtung auf den Laufring 1 aufgebracht wird, wobei die
Schubkraft im Verhältnis zur Last variiert. Abgesehen von der kombinierten drehenden
und axialen Bewegung des Laufringes 2 gegenüber der Innenwelle
21, die bei dem Wirksamwerden der Druckeinstelleinrichtung stattfindet, hat
es sich in der Praxis gezeigt, daß der Haltering 6 bei starker Belastung des Getriebes
gegenüber seiner genauen Kreisform in bemerkbarem Ausmaß elastisch verformt werden
kann, was zu einer weiteren axialen Verschiebung des Laufringes 2 längs des Wellenabschnitts
22 führt, wenn die axiale Schubkraft durch die Druckeinstelleinrichtung aufrechterhalten
wird. Demnach steht der Laufring 2 gegenüber der Welle 21 nicht fest, sondern
er ist innerhalb der durch die Arbeitsweise der Druckeinstelleinrichtung gegebenen
Grenzen frei beweglich, wobei die Grenzen des Bewegungsspielraums außerdem durch
die Nachgiebigkeit des Halteringes 6 bestimmt werden; der Laufring 2 ändert somit
seine Stellung gegenüber der Innenwelle 21 in Abhängigkeit von jeder Änderung der
Last.
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Zwischen der Hohlwelle 19 und der Welle 21 ist ein Drucklager
29 vorgesehen, so daß bei jeder gegebenen, an dem Laufring 2 in Richtung
auf den Laufring 1 angreifenden axialen Schubkraft eine gleich große entgegengesetzte
Reaktionsschubkraft auf das Widerlager 27 über die Innenwelle 21, das Drucklager
29 und die Hohlwelle 19 von dem Laufring 1
aus übertragen wird.
Auf diese Weise bewirkt die Druckeinstelleinrichtung, daß gleich große, entgegengesetzt
gerichtete axiale Schubkräfte auf die Laufringe 1 und 2 in einander zugewandten
Richtungen aufgebracht werden, so daß die Reibflächen 3 und 4
veranlaßt werden,
reibungsschlüssig an den Kugeln 5 mit einander das Gleichgewicht haltenden Drücken
anzugreifen, wobei diesen Drücken durch den frei drehbaren Haltering 6 entgegengewirkt
wird, so daß eine einwandfreie Kraftübertragung bei sämtlichen durch die Winkelstellung
der Irisführung 16 bestimmten Übersetzungsverhältnissen stattfindet.
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Das Drucklager 29 ist vorzugsweise als Kegelrollenlager ausgebildet,
bei dem die Rollen rohrförmig sind, um ein Pumpen von Öl zu vermeiden; das Drucklager
ist nahe dem äußeren Ende der Welle 19 so angeordnet, daß es auch als Lagerung für
das äußere Ende der konzentrisch innerhalb der Hohlwelle 19 angeordneten
Innenwelle 21 dienen kann. Alternativ könnte man in ähnlicher Weise ein Lager
verwenden, das ein Zapfenlager und ein Drucklager umfaßt. Die Innenwelle
21 kann ferner in dem inneren Ende der Hohlwelle 19 mittels eines Rollenlagers
30 gelagert sein, doch braucht man dieses Lager nicht unbedingt vorzusehen. Angesichts
der symmetrischen Verteilung der auf die Kugeln 5 wirkenden
Druckkräfte
üben die Kugeln, die sich unter Vermittlung durch den Haltering 6 an den Reibflächen
3 und 4 abstützen, eine Selbstzentrierungswirkung auf den Laufring 2 aus, wodurch
das innere Ende der Innenwelle 21 in konzentrischer Lage zu der Hohlwelle 19 gehalten
wird.
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Da die konzentrischen Wellen 19 und 21 nur durch den Hauptendabschnitt
17 des Gehäuses unterstützt werden, kann sich die Irisführung 16 von einem hohlen
zentralen Abschnitt 31 aus erstrecken, der auf einer Achse 32 gleichachsig mit der
Innenwelle 21 angeordnet und in einer Lagerbuchse 33 in einem Fortsatz 34 des Deckels
18 gelagert ist und sich durch die Lagerbuchse hindurch nach außen erstreckt, so
daß man sie mit beliebigen geeigneten Steuereinrichtungen verbinden kann.
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Die Innenwelle 21 kann an ihrem äußeren Ende mit einer Keilriemenscheibe
35 od. dgl. versehen sein, und in ähnlicher Weise kann auf der Hohlwelle 19 eine
Riemenscheibe 36 angeordnet sein; die Riemenscheiben 35 und 36 sind mit den zugehörigen
Wellen 21 bzw. 19 in bekannter Weise verkeilt und fest verbunden. Die Riemenscheibe
36 kann mit Gebläseflügeln 37 besetzt sein, die bewirken, daß der Hauptendabschnitt
17 des Gehäuses von Kühlluftströmen bestrichen wird.
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Die beiden Teile des Gehäuses können als Preßteile aus Blech oder,
wie in F i g. 1 gezeigt, als Spritzgußteile aus Leichtmetall, z. B. aus Aluminium
oder einer Aluminiumlegierung, ausgebildet sein. Ferner kann man einen als Spritzgußteil
ausgeführten Hauptgehäuseabschnitt mit einem als Preßteil hergestellten Deckel kombinieren.
Zum Aufnehmen der Lager 20
für die Hohlwelle 19 kann man eine zylindrische
Einsatzhülse 38 in eine axiale Bohrung innerhalb eines Fortsatzes 39 des Hauptendabschnitts
17 des Gehäuses anordnen; diese Einsatzhülse trägt an ihrem äußeren Ende einen Flansch
40, der dazu dient, die Hülse in dem Fortsatz 39 mittels Schrauben 41 od. dgl. zu
befestigen. Die äußeren Laufringe 42 der Rollenlager 20 können zusammen mit einer
dazwischenliegenden Abstandshülse 43 zwischen einem Widerlager 44 am inneren Ende
der Einsatzhülse 38 und einem Ring 45 angeordnet sein und durch einen äußeren Ring
46 in ihrer Lage gehalten werden; de.r Ring 46 liegt an dem Flansch 40 der
Einsatzhülse 38 an und ist mittels Schrauben 47 an dem Fortsatz 39 befestigt.
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Der Hauptendabschnitt 17 des Gehäuses kann mit Rippen 48 und einer
Außenwand 49 versehen sein, durch welche im wesentlichen radial oder spiralförmig
verlaufende Luftkanäle 50 gebildet werden, die dazu dienen, die von dem Gebläse
37 gelieferte Kühlluft über den Hauptendabschnitt des Gehäuses zu leiten.
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Die gebogenen, radial verlaufenden Führungen 12 und 13 können auch
als Einsätze in den Spritzgußteilen vorgesehen sein, und diese Einsätze können aus
einem beliebigen geeigneten Metall oder einem sonstigen Material bestehen, das die
erforderliche Festigkeit und die notwendige Verschleißfestigkeit besitzt. An Stelle
der Verwendung solcher Einsatzstücke kann man die Führung 12 und 13 jedoch auch
in Form von Schlitzen in den Spritzgußteilen vorsehen, wobei die arbeitenden Flächen
der Schlitze auf geeignete Weise gehärtet sind.
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An der Oberseite des Gehäuses kann ein Auge 51 vorgesehen sein, das
es ermöglicht, das Aggregat so einzubauen, daß sich seine Winkelstellung zum Zwecke
des Spannens der Treibriemen verändern läßt; außerdem ist ein zweites Auge 52 (F
i g. 2) vorgesehen, an das man eine Verstellstange od. dgl. ananschließen kann.
Damit man den ölstand in dem Gehäuse ohne Rücksicht auf die jeweilige Winkelstellung
des Aggregats gegenüber der Achse des Auges 51 genau feststellen kann, ist der untere
Teil des Deckels 18 mit einem gebogenen Fenster 53 (F i g. 2) versehen, das sich
konzentrisch mit der Achse des Getriebes erstreckt.
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Beim Zusammenbauen der Teile wird die Mutter 54 auf dem äußeren Ende
der Innenwelle 21 so eingestellt, daß eine derartige Verschiebung der Riemenscheibe
35 und des inneren Laufringes des Drucklagers 29 auf der Innenwelle 21 erfolgt,
daß die Reibflächen 3 und 4 der Laufringe 1 und 2 an den Kugeln 5 mit einer ausreichenden
Vorspannung angreifen, damit das einwandfreie Arbeiten der selbsttätigen Druckeinstelleinrichtung
gewährleistet ist. Durch Lockern der Mutter 54 ist es möglich, den Laufring 2 axial
von dem Laufring 1 weg zu verschieben, wodurch das Ausbauen bzw. Austauschen des
Halteringes 6 und der Kugeln 5 erleichtert wird.
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Es ist ersichtlich, daß sich das erfindungsgemäße Getriebe nicht nur
wirtschaftlich herstellen läßt, sondern daß es auch weitere wichtige Vorteile bietet.
Beispielsweise sieht die Erfindung ein öldichtes Gehäuse in Kombination mit einer
Lagerung der Irisführung vor, die insbesondere ein gutes Ansprechen während des
Betriebs gewährleistet. Angesichts der begrenzten Winkelbewegbarkeit der Irisführung
um ihre Achse während des Betriebs macht es keine Schwierigkeiten, das Gehäuse gegen
COldurchtritt längs der Achse 32 abzudichten, z. B. mit Hilfe einer Dichtung mit
einer biegsamen Membran, bei der es sich um einen Faltenbalg bzw. eine Rohrmembran
handeln kann. Bei der Verwendung einer derartigen Abdichtung könnte man das Getriebe
in senkrechter Stellung benutzen, wobei die Riemenscheiben 35 und 36 am oberen Ende
angeordnet sind. Weiterhin kann der gesamte drehbare Getriebeteil durch Abnehmen
des Deckels 18 zusammen mit der Irisführung zugänglich gemacht werden, so daß man
das Getriebe untersuchen und Bauteile, z. B. .den Haltering 6 oder die Kugeln 5,
austauschen kann, ohne daß der drehbare Getriebeteil zu dem Hauptendabschnitt 17
des Gehäuses ausgebaut zu werden braucht. Infolgedessen kann man alle Nachprüfungen
und Instandsetzungsarbeiten, die unter normalen Betriebsbedingungen erforderlich
werden können, ohne weiteres an Ort und Stelle durchführen.
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Der Laufring 2 kann auch auf der Innenwelle 21 befestigt sein oder
mit ihm aus einem Stück bestehen und dafür der Laufring 1 drehbax und axial verschiebbar
auf der Hohlwelle 19 angeordnet sein; in diesem Falle ist die Druckeinstelleinrichtung
zwischen dem Laufring 1 und einem an der Hohlwelle 19 vorgesehenen Widerlager angeordnet.
Alternativ kann die Druckeinstelleinrichtung auch an einer geeigneten anderen Stelle
angeordnet sein, z. B. zwischen den Riemenscheiben 35 und 36, so daß sie zwischen
den beiden Wellen zur Wirkung kommt; im letzteren Fall müßten die beiden Laufringe
1 und 2 mit den zugehörigen Wellen fest verbunden sein.