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Stufenlos verstellbares Kegelscheibengetriebe mit auf den Getriebewellen
axial verschiebbaren Kegelscheiben Die Erfindung bezieht sich auf ein stufenlos
verstellbares Kegelscheibengetriebe mit zur Änderung der Übersetzung auf den Getriebewellen
axial verschiebbaren Kegelscheiben bei dem die zur Reibkraftübertragung erforderlichen
Anpreßkräfte durch Anpreßeinrichtungen erzeugt werden, die durch .%c hräge Druckflächen
mit unveränderlichen Winkeln und dazwischen angeordneten Wälzkörpern der Drehmomentbelastung
an der jeweiligen Welle proportionale Umfangs- und Axialkräfte liefern.
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Stufenlos verstellbare Kegelscheibengetriebe dieser Art sind in verschiedenen
Ausführungen bekannt, beispielsweise als Kegelscheibenumschlingungstriebe mit zwischen
je zwei Kegelscheiben auf der An- und Abtriebswelle laufendem Zugmittel, oder als
Getriebe, bei denen zwei glatte Kegelscheiben auf sich schneidenden Achsen angeordnet
sind und sich unmittelbar aufeinander abwälzen. Das für die Kegelscheibenumschlingungstriebe
verwendete Zugmittel kann als glatter Keilriemen oder als Gliederkette mit Reibkörpern
ausgebildet sein, kann aber auch einen glatten, beide Kegelscheibenpaare verbindenden
Ring dargestellt werden. Weiter kann das Zugmittel als sogenannte Zahnkette ausgebildet
sein, die zwischen Kegelscheiben mit verzahnten Oberflächen läuft. Bei den Getrieben,
bei denen sich zwei glatte Kegelscheiben unmittelbar aufeinander abwälzen, ist eine
axiale Anpressung der einen Kegelscheibe gegen die andere zur Reibkraftübertragung
unerläßlich. Aber auch bei den Kegelscheibenumschlingungstrieben, bei denen ein
Zugmittel zwischen zwei Kegelscheibenpaaren läuft, hat es sich bewährt, die erforderliche
Zugmittelspannung durch axiale Anpressung der Kegelscheiben gegen das Zugmittel
zu erzeugen. Um bei den verschiedenen Lastzuständen einen günstigen Wirkungsgrad
zu erhalten und um auch bei Überlast ein Durchrutschen des Zugmittels zu vermeiden,
soll die Höhe dieser Anpreßkraft dem in der. Getriebewelle herrschenden Drehmoment
proportional und außerdem von der jeweiligen Übersetzung des Getriebes abhängig
sein.
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Es ist bekannt, die drehmomentabhängige Abstützung der Kegelscheiben
über Pendelstäbe, die als Zug- oder Druckstäbe ausgebildet sein können, in Verbindung
mit Kurvenflächen zu bewirken.
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Bei einer einfachen bekannten Einrichtung wird das an der Getriebewelle
herrschende Drehmoment durch eine zwischen zwei schrägen Druckflächen mit unveränderlichen
Winkeln angeordnete Kugel übertragen. Bei diesen Anpreßeinrichtungen stützen sich
die erzeugten axialen Anpreßkräfte über Längskugellager gegen ruhende Teile des
Getriebes ab, und es wird eine lediglich dem Drehmoment proportionale Axialkraft
erzeugt. Die Anpreßkraft ist also hierbei von der Übersetzung des Getriebes unabhängig.
Dadurch ist es nicht möglich, die Anpreßkraft genau in der notwendigen Größe für
alle übersetzungsstellungen zu bemessen. Bei einer anderen bekannten Konstruktion
werden die Druckflächen, zwischen denen die Kugel zur Übertragung des Drehmomentes
angeordnet ist, als Kurvenbahnen mit stetig veränderlicher Steigung ausgeführt,
so daß die erzeugte Axialkraft sowohl vom Drehmoment als auch von der Übersetzung
abhängig ist. Diese Konstruktion weist jedoch den Nachteil auf, daß bei Drehrichtungs-oder
Kraftrichtungswechsel zwischen dem Kegelscheibenpaar und der zugehörigen Welle ein
toter Gang vorhanden ist, da bei einem solchen Wechsel die das Drehmoment übertragenden
Rollkörper jeweils an den gegensinnig ansteigenden Kurvenbahnen zur Anlage gebracht
werden müssen. Der tote Gang führt zu harten Stößen, die das Getriebe beschädigen
können. Eine weitere bekannte Anpreßeinrichtung leitet die Anpreßkräfte aus den
an der An- und Abtriebswelle auftretenden Drehmomenten ab und läßt ihre Summe auf
die Kegelscheiben einwirken. Um den gewünschten drehmoment- und übersetzungsabhängigen
Effekt zu erreichen, ist jedoch bei dieser Anpreßeinrichtung ein größerer baulicher
Aufwand notwendig. Bei einem weiter bekannten Anpreßsystem werden die Winkel der
Druckflächen in Abhängigkeit von der Getriebeübersetzung geändert. Auch hier ist
der bauliche Aufwand hoch. Außerdem sind die umlaufenden Massen verhältnismäßig
groß.
Die Erfindung vermeidet die angeführten Nachteile und ermöglicht
es, mit einfachen Mitteln eine drehmoment- und übersetzungsabhängige Anpreßkraft
zu erzeugen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei einem stufenlos verstellbaren
Kegelscheibengetriebe mit zur Änderung der Übersetzung auf den Getriebewellen axial
verschiebbaren Kegelscheiben, bei dem die zur Reibkraftübertragung erforderlichen
Anpreßkräfte durch Anpreßeinrichtungen erzeugt werden, die durch schräge Druckflächen
mit konstanter Steigung und dazwischen angeordneten Wälzkörpern der Drehmomentbelastung
an der jeweiligen Welle proportionale Umfangs- und Axialkräfte liefern, die Umfangskraft
in zwei mit der gegenseitigen Lage der Kegelscheiben veränderbare Komponenten aufzuteilen,
von denen die eine über die drehmomentabhängige Anpreßeinrichtung in axialer Richtung
auf die Kegelscheibe einwirkt.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß
zwecks Änderung der drehmomentabhängigen Axialkräfte mit der Getriebeübersetzung
die durch das in die Getriebewelle eingeleitete Drehmoment erzeugte Umfangskraft
durch pendelnd zwischen einem Auflager und der drehmomentabhängigen Anpreßeinricntung
angeordnete Pendelstäbe und wenigstens einen in Abhängigkeit von der axialen Verschiebung
der Kegelscheibe in unterschiedlicher Entfernung von den Auflagern der Pendelstäbe
an diesen angreifenden Druckstab in zwei Umfangskraftkomponenten aufgeteilt ist,
von denen die eine unmittelbar, die andere über die Anpreßeinrichtung auf die axial
verschiebbare Kegelscheibe einwirkt.
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Durch eine solche erfindungsgemäße Ausführung der Anpreßeinrichtung
wird das durch die Welle oder die Kegelscheiben eingeleitete Drehmoment in zwei
Komponenten zerlegt, die einmal das Drehmoment direkt und zum anderen über eine
der bekannten Anpreßeinrichtungen übertragen. Hierbei ist die Anordnung so gewählt,
daß die größte axiale Anpreßkraft dann erzielt wird, wenn sich das zwischen den
Kegelscheiben befindliche Zugmittel auf dem kleinsten Laufkreis befindet, bzw. dann,
wenn bei sich unmittelbar aufeinander abwälzenden Kegelscheiben die eine auf dem
kleinstmöglichen Radius läuft. Damit ist die Bedingung erfüllt, daß mit einfachsten
Mitteln eine betriebssichere, gewichtsparende und mit geringem Aufwand herzustellende
Anpreßeinrichtung geschaffen wurde, die sowohl drehmoment- als auch übersetzungsabhängig
ist. Sie besteht nur aus wenigen Teilen, läßt sich robust und kompakt bauen, ist
umschlagsicher und kann sowohl auf der Antriebs- oder Abtriebswelle oder auf beiden
Wellen für axial verschiebbare Kegelscheiben verwendet werden.
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Als vorteilhaft erweist sich bei Getrieben mit beiderseits der Kegelscheibenpaare
angreifenden Steuerhebeln, daß die Pendelstäbe zwischen einer zu der Anpreßeinrichtung
gehörigen Anpreßkurve und einer mit der axial verschiebbaren Kegelscheibe fest verbundenen
und am Steuerhebel abgestützten Druckhülse angeordnet sind, während der Druckstab
mit der Getriebewelle fest verbunden ist.
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Bei einer solchen Anordnung der erfindungsgemäßen Anpreßeinrichtung
wird das über die Getriebewelle eingeleitete Drehmoment über den fest mit der Welle
verbundenen Druckstab auf den Pendelstab übertragen. Diese übertragene Umfangskraft
teilt sich nun je nach der Übersetzung des Getriebes bzw. je nach der axialen Verschiebung
der Kegelscheibe in zwei Komponenten auf, von denen eine direkt und die andere über
die Anpreßeinrichtung auf die Kegelscheibe einwirkt und deren Verhältnis zueinander
von dem Angriffspunkt des Druckstabes auf dem Pendelstab abhängig ist. Greift der
Druckstab bei kleinstem Laufradius des zwischen den Kegelscheibenpaaren laufenden
Zugmittels in der Nähe der Anpreßeinrichtung an dem Pendelstab an, wird sich die
größte Axial- bzw. Anpreßkraft ergeben. Im gegenteiligen Falle, wenn also der Druckstab
in der Nähe des mit der axial verschiebbaren Kegelscheibe fest verbundenen Teiles
an dem Pendelstab angreift, stellt sich die kleinste Anpreßkraft ein. Die Maximal-
bzw. Minimalwerte des Axialdruckes können hierbei konstruktiv durch mehr oder weniger
geneigte Winkel der Druckflächen und auch dadurch erzielt werden, daß die Auflager
des Pendelstabes unterschiedliche Abstände von der Wellenachse haben und gegebenenfalls
in ihrer Radialebene gekrümmt sind. Dann wird das eingeleitete Drehmoment in eine
Umfangskraft umgesetzt, die sich mit den radialen Abstand des Angriffspunktes des
Druckstabes am Pendelstab ändert.
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Weiterhin ist es bei Getrieben, bei denen nur an einer Seite Steuerhebel
angreifen, möglich, daß die Pendelstäbe zwischen einem mit der Getriebewelle fest
verbundenen Bund und der Anpreßeinrichtung angeordnet sind, während der Druckstab
mit der anderen, durch den Steuerhebel axial verschiebbaren Kegelscheibe fest verbunden
ist.
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Auch bei einer solchen Anordnung wird der gleiche Effekt erzielt,
daß also die erforderliche Anpreßkraft sowohl drehmoment- als auch übersetzungsabhängig
ist.
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Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, daß der radial gerichtete Druckstab
mit seinem freien Ende zwischen zwei Pendelstäben liegt. Hierbei kann der Druckstab
zwischen den Auflagern der Pendelstabpaare an diesen zur Anlage kommen. Die Anpreßeinrichtung
kann auch außerhalb der Pendelstabpaare angeordnet sein und über die Pendelstäbe
und ein Axiallager einen veränderlichen Druck auf die Kegelscheibe ausüben. Da sich
die Pendelstäbe beiderseits an den Druckstab anlegen, werden Schläge auf das Getriebe
bei Kraftrichtungs- oder Drehrichtungswechsel mit Sicherheit vermieden.
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Um eine leichte Verstellbarkeit zu gewährleisten und außerdem eine
große Auflagefläche zwischen Druckstab und Pendelstab zu schaffen, erweist es sich
als zweckdienlich, an den Druckstabenden zur Abstützung gegen die Pendelstäbe Rollen
anzuordnen, deren Außenumfang ein sich der Querschnittsform der Pendelstäbe anschmiegendes
Rillenprofil aufweist.
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Weiter besteht eine mögliche Ausführungsform darin, daß mehrere über
den Umfang gleichmäßig verteilte Pendelstäbe in radialer Richtung angeordnet sind
und daß gegen die Achse der Getriebewelle geneigte Druckstabpaare vorgesehen sind,
die je einen Pendelstab zwischen sich einschließen. Bei einer solchen Anordnung
ergibt sich außerdem noch der Vorteil einer äußerst einfachen Beeinflussung der
Anpreßkraft mit der Übersetzung dadurch, daß die Druckstabpaare in den durch die
Achse der Getriebewelle hindurchgehenden Radialebenen gekrümmt sind.
In
den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen:
F i g. 1 eine erste Ausführungsform nach der Erfindung mit einem mit der Welle fest
verbundenen Druckstab im Längsschnitt, F i g. 2 in gleicher Darstellungsweise eine
Ausführungsform mit gegen die Getriebewelle geneigten Druckstabpaaren, F i g. 3
eine Ausführung, bei der der Druckstab außerhalb der Auflager der Pendelstäbe angreift,
F i g. 4 die Ausführung bei einem Kegelscheibenumschlingungstrieb mit nur einer
verstellbaren Kegelscheibe mit radial zur Getriebewelle stehenden Druckstäben und
F i g. 5 eine gleiche Ausführungsform wie F i g. 4, jedoch mit zur Getriebewelle
geneigten Druckstabpaaren.
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F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die Getriebewelle, daneben
einen Querschnitt nach der Linie I-I. In die Getriebewelle 1 ist ein radialer Druckstab
2 eingefügt, der sich mit an seinen Enden befindlichen Rollen 3 auf Pendelstabpaaren
4 abstützt. Die achsparallell und diametral zur Getriebewelle einander gegenüberliegenden
Pendelstabpaare 4 sind einerseits in einer Druckhülse 5 und andererseits in einer
Anpreßkurve 6 gelagert. Die Anpreßkurve 6 weist schräge Druckflächen mit unveränderlichen
Winkeln auf und wirkt mit einer Kugel 7 und entsprechenden schrägen Druckfiächen
an einer Kegelscheibe 8 zusammen. Zwischen dieser Kegelscheibe 8 und der ihr gegenüberliegenden
Kegelscheibe 10 läuft das Zugmittel 9. Die Druckhülse 5 überträgt die über die Pendelstäbe
4 eingeleitete Umfangskraft auf die Kegelscheibe 8 mittels einer axial verschiebbaren
drehfesten Verbindung 14. Die Druckhülse 5 stützt sich über ein Kugellager 11 auf
einem Druckring 12 ab, der durch einen Steuerhebel 13 axial verschoben werden
kann. Analog erfolgt die Abstützung der Kegelscheibe 10 über ein Kugellager 16 auf
einen Druckring 17, der ebenfalls durch. Steuerhebel 18 axial verschoben werden
kann. Eine Paßfeder 15 stellt die drehfeste. Verbindung zwischen den Kegelscheiben
8 und 10 her und ermöglicht eine gegenseitige axiale Verschiebung.
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Das in der Getriebewelle 1 eingeleitete Drehmoment erzeugt über den
mit der Welle 1 fest verbundenen Druckstab 2 und .den auf diesem drehbar gelagerten
Rollen 3 auf den Pendelstäben 4 Umfangskräfte, die an den Enden der Pendelstäbe
4 durch die Anpreßkurve 6 mit Schrägflächen konstantere unver-. änderlicher Steigung
und durch die Druckhülse 5 abgestützt werden. Die Pendelstäbe 4 sind an ihren Enden
in der Druckhülse 5 und der Anpreßkurve 6 schwenkbar gelagert. Somit wird das in
die Welle 1 eingeleitete Drehmoment in zwei Pfade aufgeteilt. Die von den Pendelstäben
4 in die Druckhülse 5 eingeleitete Kraft erzeugt in dieser ein Teildrehmoment, das
über die axial verschiebbare drehfeste Verbindung 14 in die Kegelscheibe 8 und über
die Paßfeder 15 in die Kegelscheibe 10 eingeleitet wird. An der Anpreßkurve 6 entsteht
ebenfalls durch die Auflagekraft der Pendelstäbe 4 ein Teildrehmoment, das über
die Schrägflächen der Anpreßkurve 6 sowie der Kegelscheibe 8 und über die Kugeln
7 wirkt und gleichzeitig eine Axialkraft auslöst, welche über die auf der Welle
1 frei drehbar gelagerte Kegelscheibe 8 die notwendige Spannung für die Kette 9
erzeugt. Während die dadurch an der Kegelscheibe 10 auf-. tretende Axialkraft in
bekannter Weise über ein Kugellager 16, einen Druckring 17 und den Steuerhebe118
abgestützt wird, erfolgt die Aufnahme der in der Anpreßkurve 6 erzeugten Reaktionskraft
über die Pendelstäbe 4, die Druckhülse 5, das Kugellager 11, den Druckring 12 und
den Steuerhebel 13. Bei Übersetzungsänderung durch axiales Verschieben der Kegelscheibe
8 wird die Lage des Druckstabes 2 mit den Rollen 3 relativ zu den Pendelstäben 4
verändert, so daß eine andere Aufteilung des von der Welle 1 eingeleiteten Drehmomentes
stattfindet. Damit wird auch die in der Anpreßeinrichtung 6, 7 erzeugte Axialkraft
übersetzungsabhän ig verändert.
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F i g. 2 zeigt wiederum im Längsschnitt durch die Getriebewelle 1
eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Auch hier ist ein Querschnitt nach der
Linie II-II neben diesem Längsschnitt angeordnet. Bei dieser Ausführungsform sind
die Pendelstäbe 4 wiederum zwischen der Kegelscheibe 8 und der Druckhülse 5, jedoch
radial nach außen stehend angeordnet. Die Druckhülse 5 trägt an der entgegengesetzten
Seite die Anpreßkurve 6. Die auf die Pendelstäbe 4 einwirkenden Druckstäbe 2 sind
paarweise zusammengefaßt und gegen die Achse der Getriebewelle geneigt in einen
fest auf der Welle angeordneten Bund 22 eingefügt. Bei übersetzungsänderungen berühren
die Druckstabpaare 2 die Pendelstäbe 4 in mehr oder weniger großem Abstand von der
Welle, womit eine veränderte Drehmomentaufteilung stattfindet und somit über die
Anpreßeinrichtung 6, 7 eine mehr oder weniger starke axiale Anpreßkraft erzeugt
wird.
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F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform mit einer außerhalb der Pendelstäbe
4 angeordneten Anpreßeinrichtung 6, 7, die in der Druckhülse .5 untergebracht ist.
Auch hier wird.durch eine übersetzungsänderung ein Verschieben des Druckstabes 2
auf den Pendelstäben 4 und damit eine Änderung der durch die Anpreßeinrichtung 6,
7 hervorgerufenen Axialkraft bewirkt. Die dieser entsprechende Reaktionskraft wirkt
über Bunde an den Pendelstäben 4 als Anpreßkraft auf die Kegelscheibe B.
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F i g. 4 zeigt in der gleichen Darstellungsweise den Einbau der erfindungsgemäßen
Vorrichtung bei einem Kegelscheibenumschlingungstrieb, bei dem nur eine Kegelscheibe
eines Kegelscheibenpaares zur Übersetzungsänderung axial verschoben wird. Ein die
Pendelstäbe 4 führender Bund 21 ist fest auf der Welle 1 angebracht. Die Pendelstäbe
4 stützen sich andererseits gegen die Anpreßkurve 6 ab, die zusammen mit den Wälzkörpern
7 und den Schrägflächen an der Kegelscheibe 20 die Anpreßeinrichtung darstellt.
Die Druckstäbe 2 sind bei dieser Ausführungsform fest mit der beweglichen Kegelscheibe
8 verbunden und greifen daher auch bei einer übersetzungsänderung und damit einer
axialen Verschiebung der Kegelscheibe 8 mehr oder weniger weit von der festen Kegelscheibe
20 an den Pendelstäben 4 an und erzeugen somit einen mehr oder weniger starken Axialdruck.
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Ebenfalls für nur einseitig verstellbare Kegelscheibenumschlingungstriebe
ist die Anordnung der Erfindung nach F i g. 5 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform
sind die Druckstäbe 2 zu Druckstabpaaren zusammengefaßt und auf einem fest mit der
axial verschiebbaren Kegelscheibe 8 befestigten Bund 24 eingefügt. Die Druckstabpaare
2 wirken auf die Pendelstäbe 4 ein, die zwischen der Getriebewelle 1
und
der Druckhülse 5 radial nach außen stehend angeordnet sind. Die durch die Anpreßeinrichtung
6, 7 auf diese Weise erzeugte Axialkraft wird einerseits über ein Kugellager von
einem drehfest mit der Welle 1 verbundenen Bund 23 aufgefangen und bewirkt andererseits
durch axiale Verschiebung der Kegelscheibe 20 die Zugmittelspannung. In F i g. 5
sind die Druckstabpaare in der durch die Achse der Getriebewelle hindurchgehenden
Radialebene gekrümmt, um einen für besondere Zwecke gewünschten Verlauf der übersetzungsabhängig
veränderten Axialkraft herbeizuführen.