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Reibradgetriebe mit kammartig ineinander-Die Erfindung bezieht sich
auf ein Reibradgetriebe greifenden Friktionsseheiben mit kammartig ineinandergreifenden
Friktonsscheibon, bestehend aus unter axialem Anpreßdruck stehenden an ihren Außenrändem
ballig verstärkten auf der Antriebswelle angeordneten Sonnenscheiben, unter axialem
Anpreßdruck stehenden an ihren Innenrändern ballig verstärkten auf der Abtriebswelle
angeordneten Ringscheiben und zwei Gruppen von auf denselben Zwischenwellen angeordneten
Planetenscheiben, wobei die eine Gruppe der Planetenscheibcn nur mit den Sonnenscheiben
und die andere Gruppe nur mit den Ringscheiben in Kraftschlußverbindung steht.
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Eine Verstelleinrichtung bewegt die Planetenscheiben in radialer Richtung
nach innen oder nach auß.-n. so daß das Drehzahlverhältnis zwischen der Antriebswelle
und der Abtriebswelle verändert werden kann. Dabei verändert sich, gemessen von
der Achse der Planetenscheiben aus der Berührungsradius zwischen den Planetenscheiben
und den Sonnenscheiben von einem Minimum auf ein Maximum und zwischen den Planetenscheiben
und den Ringscheiben, von einem Maximum auf ein Minimum, wenn sich das Drehzahlverhältnis
von einem Maximalwert auf einen Minimalwert verändert und umgekehrt.
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Es sind weiter Vorkehrungen getroffen, um eine erforderliche Klemmkraft
auf die zusammenwirkenden Scheiben zu erzeugen, so daß eine An- und Abtriebsverbindung
entsteht. Hierbei werden tangentiale Reibungskräfte auf die Scheiben übertragen.
Ebenso sind entsprechende selbsttätig oder halbselbsttätig arbeitende Steuermittel
vorgesehen, um die Stellung der Planetenscheiben in radialer Richtung zu verändern.
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Bei bekannten Reibradgetrieben der vorg.-nannten Art haben die Planetenscheiben
eine im Querschnitt konische Form, so daß der im Zentrum jeder Scheibe liegende
Teil stärker ist als der am Umfang liegende Teil. Auf Grund dieser konischen Form
besteht an den jeweiligen Berührungsstellen zwischen den Planetenscheiben und den
Ringscheiben einerseits und zwischen den Planetenscheiben und den Sonnenscheiben
andererseits in Umfangsrichtung eine relative Krümmung, welche um so größer ist,
je näher der Angriffsbereich an der Achse der Planetenscheiben liegt.
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Bei derartigen Reibradgetrieben ist es erforderlich, die günstigste
Klemmkraft und Berührungsfläche zwischen den Scheiben für einen gegebenen Betriebszustand
zu wählen.
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Hat die Berührungsfläche zwischen den konischen Planetenscheiben und
den mit ihnen zusammenwirkenden Scheiben ihren Größtwert, wenn der Angriffsbereich
relativ weit von der Achse der Planetenscheiben liegt, so ist es augenscheinlich,
daß die Fläche des Angriffsbereichs vom optimal-en Wert abweicht, sobald die Berührungsfläche
zur Achse der Planetenscheiben hin bewegt wird. Dies-, Flächenveränderung im Angriffsbereich
tritt auf Grund der obengenannten Veränderung der relativen Krümmung zwischen den
reibungsmäßig zusammenwirkenden Scheiben ein.
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Wenn das Reibradgetriebe mit Planetenscheiben einer bisher üblichen
Form so eingestellt ist, daß es bei gewünschter Leistung mit maximaler Drehzahlverminderung
arbeitet, entsteht, wenn das Drehmomentverhältnis verringert wird, eine übermäßige
relative Krümmung zwischen den Planetenseheiben der ersten Gruppe und den Sonnenscheiben
und umgekehrt eine zu geringe relative Krümmung zwischen den Ringscheiben und den
Planetenscheibein der anderen Gruppe.
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Um diesen Zustand zu überwinden, ist es vielfach erforderlich, eine
relativ kompMerte Regeleinrichtung zur selbsttätigen Veränderung der Klemmkraft
vorzusehen, so daß deren Stärke über den gesamten Drchmomentverhältnisbereich einen
optimalen Wert behält. Eine zu hohe Klemmkraft ist unerwünscht, weil diese die Scheibenabnützung
unnötig erhöht und die mechanische Leistung entsprechend vermindert. Dagegen wird
eine Klemmkraft, die geringer ist als die zur Erhaltung einer antriebsmäßigen Verbindung
zwischen der Antriehswelle und der Abtriebswelle erforderliche Kraft, einen übermäßigen
Scheibenschlupf verursachen, wodurch die Gesamtleistung des Reibradgetriebes verschlechtert
wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein mit Friktionsscheiben arbeitendes
Reibradgetriebe dcr vorgenannten Art zu schaffen, bei welchem die genannten Mängel
ausgeschaltet sind. Zu diesem Zweck besteht die erfindungsgemäße Aufgabenstellung
darin, jede
Gruppe der Planetenscheiben mit einem Scheibenprofil zu versehen,
welches jeweils für die augenblickliche Betriebsbedingung den erforderlichen Grad
der relativen Krümmung zwischen den zusammenwirkend#en Scheiben erzeugt, damit ohne
besondere Hilfseinrichtungen eine optimal erfoderliche Klemmkraft über den gesamten
Drehzahlbereich aufrechterhalten bleibt. Dadurch wird eine Konstruktionsgröße eingeführt,
die ein eigentümliches geometrisches Kennzeichen der Scheiben wird und welche die
Notwendigkeit einer besonderen Einrichtung zur Durchführung der selbsttätigen Veränderung
der Klemmkraft ausschaltet. Das Getriebe wird hierdurch wesentlich vereinfacht.
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Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die mit den
Sonne#nscheiben zusammenwirkenden Planetenscheiben der einen Gruppe mit e,inem beiderseitigen
konkaven Oberflächenprofil und die mit den Ringscheiben zusammenwirkenden Planetenscheiben
der anderen Gruppe mit einem beiderseitigen konvexen Oberflächenprofil versehen
werden.
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Durch die Anordnung von Planetenscheiben mit beiderseits konkavem
bzw. konvexem Obe#rflächenprofil auf denselben Zwischenwellen des Reibradgetriebes
wird erreicht, daß die Leistungsübertragung dem Drehmomentverlauf angepaßt wird
und die sonst bei derartigen Reibradgetrieben notwendige drehzahlabhängige Regulierung
der Scheibenanpreßkraft entfällt. Dadurch wird es ermöglicht, das Reibradgetriebe
einfacher und mit besserem Wirkungsgrad herzustellen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Beschreibung und
in der Zeichnung gegeben.. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein mit
kammartig ineinandergreifenden Friktionsscheiben arbeitendes Reibradgetriebe gemäß
der Erfindung, in der Ebene der Linie 1-1 in F i g. 2, F i
g. 2 einen Querschnitt durch das Reibradgetriebe in der Ebene der Linie 11-II
der F i g. 1,
F i g. 3 und 4 je einen Axialschnitt durch
zwei Ausführungsformen von Planetenscheiben gemäß der Erfindiing, Fig.
5 einen Axialschnitt durch eine Planetenscheibe bekannter Ausführungen und
Fig. 6 und 7 in größerem Maßstab einen Axialschnitt durch eine Hälfte
je einer der Planetenscheiben der beiden Gruppen.
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In F i g. 1 sind die das Drehmoment übertragenden Teile des
Reibradgetriebes in einem besonderen Gehäuse gelagert. Diese Teile können jedoch
ohne weiteres in den Getriebekasten eines Kraftfahrzeuges eingebaut und an den Motor
desselben angeschlossen werden.
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Die in F i g. 1 dargestellte Antriebswelle 10 des Getriebes
kann antriebsmäßig mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors oder mit einer anderen
treibenden Welle verbunden sein, während die Antriebswell.- 12 mit den anzutreibenden
Rädern eines Fahrzeuges oder eines anderen anzutreibenden Teiles verbunden sein
kann.
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Das Getriebegehäuse 1.4 enthält einen zentralen Teil in welchem die
verschiedenen Schtibengruppen des Getriebes angeordnet sind. Die in der Zeichnung
linke Seite des Gehäuses 14 ist mit einer zentralen öffnung 16 versehen,
in welche eine den Sitz für ein nicht dargestelltes Kugellager aufweisend2 Halterung
18 eingesetzt und mit Schrauben 20 daran befestigt ist. In dem Kugellager
ist die Arrtricbswelle 10 gclagert.
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Die rechte Seite des Getrieb,-gehäuses 14 ist ebenfalls mit einer
zentralen öffnung 24 versehen, in welche eine Halterung 26 f ür ein
die Abtriebswelle 12 tragendes Kugellager 28 gelagert ist.
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Die rechte Seite der Antriebswelle 10 greift drehbar in eine
Axialbohrung 42 der Abtriebswelle 12 ein. Die Antriebswelle 10 erstreckt
sich fern,-r durch eine Zentralbohrung 44 in einer Nabe 46, welche einen Teil des
Getriebegehäuses 14 darstellt.
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Die Antriebswelle 10 trägt mittels einer Keilnutenverbindung
die Nabe 48 einer als Sonnenscheiben arbeitenden Friktionsscheibengrupp.-
50. Die Sonnenscheiben 52 (F i g. J) sind an ihrer Innenbohrung
mit einer Kerbverzahnung versehen, durch welche sie zwangläufig axial verschiebbar
mit der Nabe 48 verbunden sind. Auf der Nabe 48 ist weiter ein Klemmring 54 gleitend
gelagert und ein den Klemmdruck des Klemmringes 54 aufnehmender Gegenring
56 fest aufgekeilt.
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Auf der Antriebswelle 10 ist unmittelbar neben der Nabe 48
mittels einer Nabe 57 ein Servogehäuse 58
mit einem sich radial nach
außen erstreckenden einen Zylinder 59 tragenden und eine Servoarbeitskammer
60 bildenden Teilstück angeordnet, in welchem ein Servokolben 62 gleitend
geführt ist. Der Arbeitskammer 60 wird eine Druckflüssigkeit über entsprechende
teilweise dargestellte Innenleitungen 64 zugeführt. so daß eine hydraulische Druckkraft
auf den Servokolben 62 ausgeübt wird, die auf den Klemmring 54 über einen
den Abstand zwischen dein Klemmring 54 und dem Servokolben 62 überbrückenden
Druckring 66 übertragen wird.
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Auf einem Endteilstück der Antriebswelle 10 ist eine Trommel
68 mittels einzr Nabe 70 unter Zwischenschaltung von Gleitlagern
71 drehbar gelagert. Die Nabe 70 ist mit der Abtriebswelle 12 zwangläufig
durch Keilnuten 72 verbunden. Die Trommel 68 besteht aus einer sich
radial nach außen erstreckenden auf der Nabe 70 befestigten Wand 74, und
einem zylindrischen Trommelmantel 76 mit einer inneren Keilmitenverzahnung,
welche eine aus Ringscheiben 78 bestehende Ringscheibengruppe 80 verschiebbar
mit der Trommel verbindet. Die Ringscheibengruppe 80 besitzt einen am Trommelmantel
76 starr befestigten Gegenring 82 und einen Klemmring> 84, der durch
die Keilnutenverzahnung gleitend mit dem Trommelmantel 76 verbunden ist.
Auf dem Klemmring 84 wird durch einen kreisringförmigen Druckring 86 eine
Kleinmkraft ausgeübt, die von mehreren zwischen der Trommelwand 74 und dem Druckring
eingespannten Druckfedern 88 erzeugt wird.
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Zur treibenden Verbindung zwischen der Sonnenscheibengruppe
50 und der Ringscheibc-ngruppe 80
sind mehrere Planetenscheibengruppen
92 vorgesehen, von denen bei dem Ausführungsbeispiel fünf vorgesehen und
in F i g. 1 eine dargestellt sind. Jede dieser Planetenscheibciigruppen enthält
eine erste aus den Planetenscheiben 94 und eine zweite aus den Plan.-tensch-.iben
96 gebildete Untergruppe. Die Planotenscheiben 94 und 96 sind auf
einer Welle 98 mittels einer Keilnutenverzahnung befestigt, wobei eine
begrenzte
axiale Bewegung der Planetenscheiben 94 und 96 in bezug auf die Welle
98 vorgesehen sein kann.
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Die Planctenscheiben 96 und die Ringscheiben 78
der Rin-gscheibrngruppre
80 greifen derart ineinander, daß sie einen treibenden Reibungsschluß untereinander
erzeugen. In gleicher Weise liegen die Planetenscheiben 94 in treibendem Reibungsschluß
mit den Sonnenscheiben 52 der Sonnenscheibengruppe 50.
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Es ist aus F i g. 1 zu erkennen, daß die Ringscheiben
78 und die Planetenscheiben 96 durch Reibungsschluß durch den von
den Druckfedern 88 ausgehenden Druck miteinander in Eingriff gebracht werden
und daß ein treibender Reibungsschluß zwischen den Sonnenscheiben 52 und
den Planetenscheiben 94 hergestellt wird, sobald der Servoarbeitskammer
60 ein hydraulischer Druck zugeführt wird.
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Der Radius des Berührungskreises zwischen den Sonnenscheiben
52 und den Planetenscheiben 94 hängt von der jeweiligen Stellung der Welle
98 in radialer Richtung mit Bezug zur Antriebswelle 10 ab, und das
Drehzahlverhältnis zwischen der Antriebswelle 10 und den Planetenscheiben
94 wird kleiner, je mehr sich der Achsabstand zwischen der Welle
98
und der Antriebswelle 10 vergrößert. Gleichermaßen wird der Radius
des Berührungskreises zwischen den Planetenscheiben, 96 und Ringscheiben
78 zunehmend kleiner, wenn die Welle 98 in radialer Richtung nach
außen bewegt wird. Es zeigt sich also, daß das Drehzahlve.rhältins zwischen der
Antriebswelle 10 und der Abtriebswelle 1,2 bei radialer Auswärtsbewegung
der Welle 98 zunehmend kleiner wird. Umgekehrt erhöht sich das Dr ehzahlverhältnis,
wenn die Welle 98 radial nach innen bewegt wird.
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Die Einrichtung zur Verstellung der Wellen 98 und damit der
Planotenscheibengruppen 92 in radialer Richtung besteht aus mehreren in Öffnungen
102 der Gehäusenabe 46 eingesetzten und befestigten Bolzen 100. Auf jedem
Bolzen 100 ist d-rehbar eine Hülse 104 gelagert, mit deren einem Ende ein
Zahnradsegment 106 fest verbunden ist.
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Die Hülsen 104 sind ferner an jedem Ende mit Armen 108 versehen,
von und zwischen denen die Wellen 98 getragen werden. Die freien Enden der
Bolzen 100 sind durch einen Stützring 110 miteinander verbunden, der
mit Bohrungen auf die Gewinde-,enden der Bolzen 100 aufgesetzt und durch
Muttern 112 befestigt ist.
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Jedes Zahnradsegment 106 ist im Eingriff mit einem Zahnrad
11.4, das drehbar auf einem feststehenden kragenförmigen Ansatz 116 der Gehäusenabe
46 gelagert ist. Eine der Hülsen 104 ist mit einem Hebelarm 118 versehen,
der sich radial nach außen erstreckt und dessen äußeres Ende mittels einer Lasche
122 mit dem beweglichen Kolben eines hydraulisch betätigten Servomotors 120 verbunden
ist. Dem Servomotor 120 wird Steuerflüssigkeit durch eine Druckleitung 124 zugeführt,
die einen Teil eines nicht dargestellten und nicht b--s-chriebenen selbsttätigen
Regelkreises bildet.
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Sobald der Servomotor 120 Druck erhält, schwenkt der Hebelarm
118 um die Achse des dazugehörigen Bolzens 100 mit Bezug auf F i
g. 2 im Uhrzeigersinn und verdreht dadurch die Hülsen 104, die durch das
Eingreifen ihrer Zahnradsegmente 106 in das Zahnrad 114 miteinander gekoppelt
sind, entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn. Die in den Armen 108 der Hülsen 104
gelagerten Planetenscheibengruppen 92 werden dadurch radial nach außen bewegt
und der Radius des B-crührungskreises zwischen der Sonnenscheibengruppe
50 und den Planetenscheiben 94 wird vergrößert. Bei entgegengesetzter Schwenkrichtung
des Hebelarmes 118 werden die Planetenscheibengruppen 92 radial
nach innen bewegt, wodurch der Radius des Berührungskreises kleiner wird. Die Planetenscheibengruppen
92 können also gemeinsam entweder radial auswärts oder radial einwärts verschoben
worden, je nach der Bewegungsrichtung des Hebelarmes 118. Wenn die
Planetenscheibengruppen die in F i g. 1 gezeigte Stellung einnehmen, ist
das Getriebe auf hohe Drehzahl der Abtriebswelle bei kleinster Drehzahluntersetzung
eingestellt.
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In den F i g. 3 und 4 bzw. 6 und 7 ist im Axialschnitt
je eine Planetenscheibe 94 und eine Planetenscheibe 96 der Planetenscheibengruppen
92 dargestellt. Die Planetenscheibe 94 hat ein im Querschnitt konkaves Profil.
Eine radiale Tangente an die Außenfläche der Planetenscheibe 94 in ihrem radial
äußersten Bereich bildet einen relativ großen Winkel mit Bezug auf die Achse des
Bolzens 100 im Vergleich mit dem Winkel, der durch eine entsprechende Tangente
gebildet wird, die an dem radial am weitesten innenliegenden Bereich der Planetenscheibe
94 liegt.
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Die Sonnenscheiben 52 besitzen einen im Querschnitt wulstförinig
verstärkten Rand, der das konkave Profil der Planetenscheiben 94 erfaßt.
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Wenn die Eingriffshnie der Sonnenscheiben 52 und der Planetenscheiben
94 als Bezugslinie. betrachtet wird, besteht, in Umfangsrichtung der Scheiben gesehen,
eine relative Krümmung zwischen dem kreisringförnügen Rand der Sonnenscheiben
52 und der konkaven Oberfläche d#er Planetenscheiben 94. Im Inneren des Getriebegehäuses
läuft eine Schmierflüssigkeit um, so daß an der Berührungsfläche zwischen den Ränd#ern
der Sonnenscheiben 52 und der konkaven Oberfläche der Planetenscheiben 94
eine ölschicht. vorhanden ist. Auf Grund der relativen Krümmung zwischen diesen
Scheiben hat die wirksame Berührungsfläche, über welcher sich Schubkräfte in der
ölschicht entwickeln, eine elliptische Form. Da sich die relative Krümmung erhöht,
sobald die Planetenscheiben 94 zur Achse der Sonnenscheiben 52 bewegt werden,
wird diese, elliptische Berührungsfläche kleiner. Diese Veränderung ist erwünscht,
da sich das Drehmomentübertragungsvermögen des Getriebes bei der Veränderung des
Drehmomentverhältnisses von maximal auf minimal erhöht.
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Wenn das Getriebe auf maximale Drehmomentvervielfältigung eingestellt
ist, ist auch die Berührungsfläche eine maximale. Die konkave Wölbung der Planetenscheibe
94 kann genau in übereinstimmung mit der Charakteristik des Motors, mit welchem
das Getriebe verwendet werden soll, gewählt werden, so daß der Klemmdruck der Scheiben
immer einen optimalen Wert hat.
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Wenn das Gotriebe für eine maximale Drehmomentvervielfältigung eingestellt
1st, nehmen die Planetenscheiben96 eine der in Fig. 4. gezeigten Stellung entgegengesetzte
Stellung ein" d. h. die wulstförmigen Verstärkungen der Ringscheiben
78 sind am weitesten zur Welle 98 vorgeschoben. Unter diesen Betriebsbedingungen
ist ein Kleinstmaß an relativer Krümmung zwischen den Wulsträndern der Ringscheiben
78 und der Planotenscheiben 95 erwünscht,
weil dadurch
eine Maximalfläche, über welcher sich Flüssigkeitsschubkräfte im Berührungsbereich
entwickeln können, gebildet wird. Aus diesem Grund ist das Profil der Planetenscheiben
96 im Querschnitt konvex ausgeführt. Werden nun die Planetenscheiben
96 zur Achse der Ringscheiben 78 bewegt (F i g. 4), so verringert
sich das Drehmomentverhältnis des Getriebes und das Drehmomentübertragungsvermögen
sinkt entsprechend. Es ist deshalb erwünscht, eine erhöhte relative Krümmung zwischen
den Wulsträndern der Ringscheiben 78 und den Planetenscheiben 96 zu
erhalten. Diese Forderung wird ebenfalls durch das im Querschnitt konvexe Profil
der Planetenscheiben 96 erfüllt.
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Die Wulstränder der Ringscheiben 78, die das konvexe Profil
der Planetenscheiben 96 erfassen, können in ihrem Querschnitt dem der Sonnenscheiben
52 entsprechen.
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In Fig. 5 ist zum Vergleich eine Planetenscheibe bisher bekannter
im Querschnitt konis-cher Form gezeigt. Aus der Darstellung ergibt sich, daß sich
die relative Krümmung zwischen den konischen Planetenscheiben und der mit ihren
zusammenarbeitenden Sonnen- und Ringscheiben im entgegengesetzten Verhältnis ändert,
wenn die Achsen der Scheiben relativ zueinander bewegt werden. In einem solchen
Fall ergibt sich kein Ausgleich für die wechselnden Drehmomentanforderungen, und
es ist deshalb erforderlich, eine Regeleinrichtung zur Veränderung des Kleinnadruckes
zwischen den Scheiben anzubringen.
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Die Ausführung eines Getriebes mit Friktionsscheiben gemäß der Erfindung
ergibt eine erhöhte Leistungsfähigkeit bei den extremen Drehmomentverhältnissen.
Dies ergibt wiederum eine Herabsetzung der Gesamtlänge des Getriebes, da weniger
Scheiben verwendet werden können, und zwar deshalb, weil jede der Scheiben weitaus
wirksamer als die bekannten ist.