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Keilriemenwechselgetriebe mit zwei treibenden und zwei getriebenen
Kegelscheibenpaaren Die Erfindung bezieht sich auf ein Keilriemenwechselgetriebe
mit zwei treibenden und zwei getriebenen Kegelscheibenpaaren, von denen jeweils
die eine Kegelscheibe axial verschiebbar angeordnet ist, mit zwei Steuerhebeln,
die mit den verschiebbaren Kegelscheiben der treibenden Kegelscheibenpaare verbunden
sind, mit einer Steuerstange, die im wesentlichen senkrecht zu den Steuerhebeln
liegt und mit diesen derart verbunden ist, daß eine gegensinnige Verschiebung der
Steuerhebel bewirkt werden kann, und mit einer Koppelstange, welche die Enden der
Steuerhebel über Gelenke verbindet und axial verschieblich ist, so daß eine gleichsinnige
Verschiebung der Steuerhebel herbeiführbar ist.
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Bei einem bekannten Getriebe ähnlicher Art sind zwei getrennte, jeweils
für sich in einem gesonderten Gehäuse untergebrachte Getriebeeinheiten vorgesehen,
die miteinander gekuppelt werden müssen. Dieses bekannte Getriebe ist mit dem Nachteil
verbunden, daß der Wirkungsgrad auf Grund der großen Anzahl von Lagerstellen sowie
Verbindungsorganen und gegebenenfalls auch mangelhafter Ausrichtung der miteinander
zu verbindenden Einheiten in Bezug zueinander sehr gering ist. Ferner ist das bekannte
Getriebe mit Schwierigkeiten und Mängeln im Hinblick auf die notwendige Wellenausrichtung
verbunden, da aus nicht völlig identischen Abständen zwischen den Wellen in jedem
Getriebeelement eine Beeinträchtigung der Stabilität und der Arbeitsweise resultiert.
Nachteilig sind ferner die relativ hohen Fertigungskosten einer derartigen Getriebeanlage.
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Ferner ist ein Getriebe bekannt, bei dem für den Transmissionsausgleich
eine komplizierte hydraulische Vorrichtung mit einer verwickelten Funktionsweise
vorgesehen ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Keilriemenwechselgetriebe der eingangs
genannten Art bei gleichzeitiger Erhöhung des Wirkungsgrades sowie der Betriebssicherheit
baulich wesentlich zu vereinfachen.
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Das erfindungsgemäße Getriebe zeichnet sich dadurch aus, daß alle
genannten Teile in einem Getriebegehäuse zusammengefaßt sind, daß die äußeren Kegelscheiben
der auf der treibenden Welle angeordneten Kegelscheibenpaare und die inneren Kegelscheiben
der auf der getriebenen Welle angeordneten Kegelscheibenpaare axial verschiebbar
sind, daß die mit den verschiebbaren Kegelscheiben auf der treibenden Welle verbundenen
Steuerhebel außerhalb der Kegelscheibenpaare liegen, daß die verschiebbaren Kegelscheiben
auf der getriebenen Welle lediglich der Wirkung einer einzigen zwischen ihnen angeordneten
Feder unterworfen sind und daß die Koppelstange in einer beliebigen Stellung blockierbar
ist. Dieses Getriebe nach der Erfindung arbeitet auf Grund der geringen Anzahl an
Lagern und Verbindungsorganen sowie der leicht sicherzustellenden genauen Ausrichtung
der Wellen in Bezug zueinander mit einem im Vergleich zu dem eingangs behandelten
bekannten Getriebe wesentlich höheren Wirkungsgrad, wobei die Fertigungskosten nur
etwa 30 0% derjenigen des bekannten Getriebes betragen und auch der Raumbedarf entsprechend
geringer ist.
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An dieser Stelle ist klarzustellen, daß die Erfindung in der Kombination
der vorstehend aufgeführten, an sich bekannten Merkmale gesehen wird.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung zeichnet sich das Getriebe
durch das weitere Merkmal aus, wonach die getriebene Welle in zwei voneinander unabhängigen
Halbwellen unterteilt ist und daß die Koppelstange ungelagert ist. Hervorzuheben
ist die außerordentliche Einfachheit und Betriebssicherheit des durch die freie
Anordnung der Koppelstangenenden die Unterteilung der getriebenen Welle geschaffenen
Differentialgetriebes im Vergleich zu herkömmlichen Differentialgetrieben.
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Schließlich hat sich das Merkmal als sehr günstig herausgestellt,
daß die beiden Steuerhebel durch zwei
Stangen einstellbar sind,
die miteinander gelenkig verbunden sind und deren Gelenkstelle in einer zu den Wellen
der Kegelscheibenpaare rechtwinkligen Richtung verstellbar ist. Für ein und dieselbe
Drehung des Handrades für die Gelenkstellenverstellung erhält man in besonders günstiger
Weise stets gleiche Geschwindigkeitsänderungen der getriebenen Welle unabhängig
von der Geschwindigkeit der treibenden Welle.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigt F i g. 1 ein ausgeglichenes
Wechselgetriebe mit zwei Keilriemen, F i g. 2 ein Wechselgetriebe mit zwei Ausgängen,
das beispielsweise an die Stelle des Getriebe- und Differentialgehäuses eines Kraftfahrzeuges
treten kann, und F i g. 3 eine Abwandlung einer Steuervorrichtung des Getriebes.
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Das Getriebe gemäß F i g. 1 umfaßt ein Getriebegehäuse 1, eine
treibende Welle 2 und eine getriebene Welle 3. Die Welle 2 trägt zwei Kegelscheibenpaare,
von denen die Kegelscheiben 4 und 5 mit der Welle 2 fest und die Kegelscheiben 6
und 7 drehschlüssig, jedoch axial verschiebbar verbunden sind. Die beiden Kegelscheiben
4 und 6 einerseits und 5 und 7 andererseits bilden jeweils zwei Kegelscheibenpaare
mit veränderlichem Durchmesser, wobei der tatsächlich vorhandene Durchmesser der
Kegelscheibenpaare durch die im Betrieb konstante Größe des verwendeten Keilriemens
bestimmt ist sowie durch den Abstand der verschiebbaren Kegelscheiben 6 und 7, der
durch die nachstehend beschriebene Vorrichtung steuerbar ist. Zwei Steuerhebel 8
und 9, die in ihrer Mitte an Kugellagern artgelenkt sind, welche mit den Kegelscheiben
6 und 7 in axialer Richtung verschiebbar, jedoch nicht drehschlüssig verbunden sind,
sind mit ihren äußeren Enden 10 und 11 über Artlenkungen mit einer Koppelstange
12 verbunden, die in geeigneten Löchern 13 und 14 des Getriebegehäuses 1 gleiten
kann. Mit 15 ist eine Einrichtung zur Blokkierung der Stange 12 bezeichnet. Die
anderen äußeren Enden 16 und 17 der beiden Steuerhebel 8 und 9 sind mit einer Steuerstange
18 verbunden, die über eine Kurbel 19 oder vorzugsweise über eine
Vorrichtung betätigbar ist, wie sie unter Bezugnahme auf F i g. 3 im einzelnen beschrieben
ist: Die Steuerstange 18 trägt an ihren Enden zwei gegensinnige Gewinde.
Die Steuerhebel 8 und 9 sind an zwei diesen Gewinden angepaßten Muttern
artgelenkt. Bei Betätigung der Kurbel 19 lassen sich die beiden Kegelscheiben
6 und 7 einander annähern oder voneinander entfernen, und folglich wird der Durchmesser
der beiden Kegelseheibenpaare jeweils um den gleichen Wert erhöht oder verringert.
Bei Verschiebung der Stange 12 werden die Kegelscheiben 6 und 7 in gleichem Sinn
verschoben. Bei dieser Verschiebung bleibt die Summe der Aufrolldurchmesser konstant.
Dies ermöglicht die Korrektur einer Stärkedifferenz zwischen den Treibriemen bzw.
- wie aus F i g. 2 entnehmbar - die Erzielung einer Differentialwirkung.
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Die getriebene Welle 3 trägt gleichfalls vier Kegelscheiben 20, 21,
22 und 23. Die Kegelscheiben 20 und 23 sind mit der Welle 3 fest verbunden, wogegen
die Kegelscheiben 21 und 22 drehschlüssig, jedoch axial verschiebbar
auf dieser Welle angeordnet sind. Eine Feder 24 hält sie im Abstand voneinander.
Die vier Scheiben bilden ebenso wie bei der treibenden Welle 2 zwei Scheibenpaare
mit veränderlichem Durchmesser. Der Durchmesser wird allerdings nicht gesteuert,
sondern ergibt sich aus den Lagen und den Spannungen der Keilriemen 25 und 26. Diese
Lagen werden durch den mit Hilfe der Kurbel 19 eingestellten Abstand der Scheiben
6 und 7 bestimmt. Zur Entlastung der Steuerung der Kurbel können die Enden 16 und
17 der Steuerhebel 8 und 9 unter Vorspannung einer Feder 27 gesetzt werden. Vorteilhafterweise
können die Federn 24 und 27 kinematische Vorrichtungen zur Anpassung der Federspannung
an den Schub der Keilriemen umfassen. Im Betrieb wird die Koppelstange 12 durch
Lockerung der Einrichtung 15 deblockiert. Man läßt die Maschine leer laufen, wobei
sie sich völlig selbständig einstellt. Dabei verschiebt sich die Koppelstange 12
in die gewünschte Lage zur Kompensation der Stärken- und der Längendifferenzen der
beiden Keilriemen 25 und 26. Sodann wird die Einrichtung 15 wieder blockiert, und
die Maschine kann arbeiten. Die Einstellung muß periodisch durchgeführt werden.
Die beiden Scheiben 21 und 22, die notwendigerweise den gleichen Druck auf die Stirnflächen
der beiden Keilriemen ausüben, verschieben sich selbstverständlich derart, daß die
Keilriemen gleiche Leistungen übertragen.
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Die automatische Einstellung wird durch die Verbindung der Steuerhebel
8 und 9 mit der Koppelstange 12 ermöglicht. Wenn beispielsweise der Keilriemen 26
geringfügig länger als der Keilriemen 25 ist, wäre bei einer gewöhnlichen Vorrichtung
der Riemen 25 überlastet, wogegen der Riemen 26 lediglich eine geringe Leistung
übertragen und in bestimmten Fällen einen Teil der Leistung absorbieren würde. Im
vorliegenden Fall übt bei Deblockierung der Einrichtung 15 der Keilriemen 25 auf
die bewegliche Scheibe 6 einen stärkeren axialen Schub aus als der Keilriemen 26
auf die bewegliche Scheibe 7. Folglich verschiebt sich die Koppelstange 12 nach
links, wobei sie gleichzeitig eine Verringerung des Aufrolldurchmessers des Keilriemens
26 herbeiführt. Die beiden beweglichen Scheiben 21 und 22 ordnen sich automatisch
in entsprechenden Lagen an, so daß die Riemen jeweils um die beiden Aufrolldurchmesser
in gleichem Verhältnis arbeiten und sodann ohne Reibung laufen. Die Einrichtung
15 wird nun blockiert, und das Getriebe kann belastet werden. Es ist verständlich,
daß diese Einstellung nur für ein übertragungsverhältnis genau bzw. absolut ist.
Wenn lediglich eine Stärkedifferenz zwischen den Treibriemen vorhanden ist und sie
die gleiche Länge aufweisen, ist die Einstellung für sämtliche Verhältnisse genau
und absolut, dies ist jedoch der seltenere Fall. Dennoch erhält man, wenn das Einstellverhältnis
genau gewählt ist, praktisch einen für jeden Veränderungsbereich ausreichenden Ausgleich.
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Hervorzuheben ist noch die Symmetrie des Getriebes, die sie in bezug
auf eine Ebene aufweist, die senkrecht auf den Wellen 2 und 3 steht. Hierdurch wird
in erster Linie die Montage erleichtert; außerdem verringern sich die Gestehungskosten
sowie die Zahl der Einzelteile, und es wird ein leichtes Einsetzen des Getriebes
ermöglicht, unabhängig von den relativen Lagen des treibenden und des angetriebenen
Organs. Diese Organe können beliebig an den beiden äußeren Enden der Wellen 2 und
3 angeordnet sein. Außerdem weist das erfindungsgemäße Getriebe
den
Vorteil auf, einen insgesamt verringerten Raumbedarf gegenüber herkömmlichen Getrieben
zu besitzen, da zwei Wellenlager der vier Lager für jede Wellenfluchtlinie sowie
Zwischenkupplungen fortfallen. Die Gesamtstabilität des Getriebeaufbaues ist erhöht.
Der Wirkungsgrad der Übertragung ist durch den Fortfall von Lagern und Verbindungsorganen
verbessert. Die Zusammenbaubedingungen sind gleichfalls begünstigt, da lediglich
ein einziger Bauteil an Stelle von zwei Teilen auf dem Untergrund zu befestigen
ist und kein Problem der Ausrichtung von Zwischenkupplungen vorhanden ist.
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F i g. 2 veranschaulicht einen schematischen Schnitt durch ein zu
einem Differentialgetriebe abgewandeltes Getriebe, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug
geringer Leistung. Dieses Getriebe unterscheidet sich von dem Getriebe nach F i
g. 1 durch zwei Merkmale: 1. An Stelle der einzigen Welle 3 sind zwei unabhängige
Halbwellen 31 und 32 am Ausgang vorgesehen; diese beiden Halbwellen tragen jeweils
ein Kegelscheibenpaar.
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2. Die äußeren Enden 10 und 11 der Steuerhebel 8 und 9 sind nicht
mehr mittelbar mit dem Gehäuse, sondern ausschließlich über eine Stange 33 miteinander
verbunden.
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Im übrigen tragen die gleichen Bauteile die gleichen Bezugszeichen
wie in F i g. 1. Im Betrieb, wenn das Verhältnis der Drehgeschwindigkeiten der Wellen
31 und 32 sich von 1 entfernen muß, entfernt sich die Koppelstange 33 von der Ursprungslage.
Die Durchmesser der beiden angetriebenen Kegelscheibenpaare, d. h. die Abstände
zwischen den Scheiben 4 und 6 einerseits und 5 und 7 andererseits werden unterschiedlich,
und die Keilriemen laufen automatisch auf abweichenden Durchmessern um, deren Verhältnis
demjenigen entspricht, das durch das die Geschwindigkeiten der beiden Halbwellen
verbindende Verhältnis erzwungen wird, welches selbst von einem äußeren Parameter
des Getriebes abhängt.
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Der maximale Abstand zwischen den beiden Geschwindigkeiten der Halbwellen
31 und 32 ist in den beiden Richtungen durch den kleinsten und größten Aufrolldurchmesser
jedes Kegelscheibenpaares begrenzt, und er kann wirksam nur für das mittlere Verhältnis
der mittleren Übertragung verwirklicht werden. Für die extremen Verhältnisse der
mittleren Übertragung (die beiden Kegelscheibenpaare auf größtem oder kleinstem
Durchmesser) gibt es keine Differentialwirkung. Dies ist bei Verwendung des Differentialgetriebes
für Kraftfahrzeuge jedoch kein Nachteil, weil sich die Kraftfahrzeuge nicht um eines
der beiden Antriebsräder zu drehen haben und weil die Maximalgeschwindigkeit eines
Kraftfahrzeuges in einer Kurve in um so stärkerem Maße verringert sein muß, je ausgeprägter
die Kurve ist.
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F i g. 3 veranschaulicht eine Abwandlung der Steuervorrichtung des
Getriebes. Die äußeren Enden 16 und 17 der Steuerhebel 8 und 9 sind nicht mehr auf
einer Verstellspindel geführt, sondern gleiten frei auf einer Stange 18a. Sie sind
dauernd über eine Ausgleichfeder 27 verbunden, deren Zweck darin besteht, die Steuerung
zu entlasten.
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Das Gehäuse 1 trägt ein Kopfteil l a, in dem eine fest
mit einer Steuerkurbel 52 verbundene Mutter 51 drehbar gelagert ist. Diese Mutter
51 steuert die Verschiebung einer mit Schraubgewinde versehenen Stange 53, deren
eines Ende einen Kopf 54 trägt, der mit den Enden 16 und 17 der Hebel 8 und 9 über
ein System aneinander angelenkter Stangen 55. 56, 57 und 58 verbunden ist.
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Eine derartige Vorrichtung ermöglicht eine bessere Regelung der Veränderung
des Verhältnisses der Übersetzungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Lage der
Steuerkurbel 52. Es ist insbesondere möglich, eine lineare Steuerung zu erhalten,
da sich für zwei gleiche Umdrehungen der Kurbel 52 die gleiche Änderung der
Geschwindigkeitswerte ergibt, abweichend von der in F i g. 1 und 2 dargestellten
Steuerung 19, die direkt auf die Stange 18 einwirkt.
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Es ist im übrigen zu bemerken, daß das Gelenkparallelogramm, das durch
die Stangen 55, 56 und die in bezug auf den Mechanismus auf der einen Seite des
Gelenkes 59 gelegenen Abschnitte 57a und 58 a der Stangen 57 und 58 gebildet
ist, lediglich eine Vergrößerung der Verschiebung der Gelenkstelle 59 zum Ziel hat,
um die Genauigkeit der Steuerung zu erhöhen. Die Steuerung läßt sich auf einfachste
Weise auf zwei Stangen 57 b und 58 b zu-
rückführen. Auf diese Weise
wird ein Dreieck verwirklicht, dessen drei Seiten 57b, 58b und 18a verformbar
sind. Die Verformung wird durch Veränderung des Abstandes zwischen den beiden äußeren
Enden 16 und 17 der Hebel 8 und 9 erzielt.