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Stufenlos verstellbares Reibrad-Exzentergetriebe Die Erfindung betrifft
ein stufenlos verstellbares Reibrad-Exzentergetriebe mit Wälzkörpern, die auf geteilten,
axial verstellbaren, innenkegeligen Laufringen abrollen.
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. Es sind bereits Reibradgetriebe bekannt, bei denen mehrere Wälzkörper
auf ruhenden Laufflächen abrollen. Hierbei ist keine Möglichkeit vorgesehen, das
Übersetzungsverhältnis zu ändern.
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Es sind auch verstellbare Reibrad-Exzentergetriebe bekannt, bei denen
ein größerer Wälzkörper auf innenkegeligen geteilten Laufringen abrollt. Mit diesem
Getriebe können, weil ein Kräfteausgleich durch Anordnung mehrerer versetzter Wälzkörper
nicht durchführbar ist, nur kleine Leistungen übertragen werden.
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Das der Erfindung zu Grunde liegende Problem besteht darin, bei einem
Reibrädergetriebe nach dem Oberbegriff mehrere versetzte Wälzkörper, deren Durchmesser
größer als der Radius der axial verstellbaren Laufkränze ist, anzuordnen und kraftschlüssig
radial verstellbar mit der Antriebswelle zu verbinden.
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Als Lösung wird ein stufenlos verstellbares Reibrad-Exzentergetriebe
mit Walzkörpern, die auf geteilten, axial verstellbaren, innenkegeligen Laufringen
abrollen und die auf nebeneinander angeordneten, nachgiebig radial verschiebbaren
Exzentern der Antriebswelle drehbar gelagert sind, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,
daß benachbarte Wälzkörper mittels in dazwischenliegenden Ringscheiben gelagerter
Bolzen gelenkig miteinander verbunden sind und daß die Ringscheiben über Stifte
durch Aussparungen eines oder mehrerer Wälzkörper hindurch mit einem Bord oder einer
Scheibe der Abtriebswelle starr verbunden sind.
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Bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung ist der Laufkranzdurchmesser
der Wälzkörper im Vergleich zum Wälzkreisdurchmesser der ruhenden Ringpaare groß.
Dadurch ist eine geringere Flächenpressung erforderlich, der Verschleiß ist daher
kleiner, und der Wirkungsgrad ist durch Verringerung der Schleißarbeit verbessert.
Der Verstellbereich kann durch Wahl des Durchmesserverhältnisses verschieden, d.
h. dem Bedarf entsprechend, ausgelegt werden. Kleinere Wälzkörper ergeben größere
Abtriebszahlen, jedoch kleineren Verstellbereich. Bei größeren Wälzkörpern, gemessen
am größten Wälzkreisdurchmesser der Ringpaare, sind die Abtriebsdrehzahlen bei größerem
Verstellbereich kleiner.
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Getriebe, deren Wälzkörper einen Laufkranzdurchmesser aufweisen, der
1,4- bis 1,95fach größer ist als der größte Wälzkreisradius der zugehörigen Ringpaare,
liegen im Bereich günstiger Abtriebsdrehzahlen und Verstellmöglichkeiten. Besonders
vorteilhaft, auch in bezug auf die konstruktiven Einzelheiten des Getriebes, sind
Wälzkörper, deren Laufkranzdurchmesser 1,7- bis 1,9fach größer ist als der größte
Wälzkreisradius der Ringpaare.
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An Stelle von Exzentern mit verstellbarer Exzentrizität können zur
Lagerung der Wälzkörper auch die Kurbelzapfen einer als Kurbelwelle mit veränderlichem
Kurbelradius ausgebildeten Antriebswelle verwendet werden. In dieser Abwandlung
bauen die Getriebe wegen der Zwischenlagerung der Kurbelwelle etwas länger. Die
Elemente zur Erzeugung des Anpreßdruckes sind jedoch besser zugängig.
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Solche Elemente zur Erzeugung des erforderlichen Anpreßdruckes können
aus Federn bestehen, die die Exzenter oder Kurbelzapfen und damit die Wälzkörper
selbsttätig und nachgiebig in Richtung größter Exzentrizität drücken. Die Anordnung
solcher Federn erspart die bei der an sich möglichen hydraulichen oder pneumatischen
Betätigung erforderlichen Kolben oder Bälge sowie Leitungen und zugehörige Abdichtungen.
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In den Zeichnungen ist das Getriebe gemäß der Erfindung in beispielsweiser
Ausführung dargestellt. Die F i g. 1 bis 3 zeigen Schnitte durch die drei Hauptachsen
des Getriebes. F i g. 4 stellt ein Ersatzschema dar.
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Den Wälzkörpern 1 sind Laufringpaare 2 zugeordnet. Die Wälzkörper
1 sind auf Exzentern 3, die drehmomentgesichert und radial verschiebbar nebeneinander
auf der Antriebswelle 4 angeordnet sind, drehbar gelagert. Durch Federn 5 werden
die Exzenter 3, von der Welle 4 aus gesehen, radial nach außen gedrückt; dadurch
werden die Wälzkörper 1 gegen die Laufringpaare gepreßt. Bei Drehung der Antriebswelle
rollen die Wälzkörper 1 auf den Laufringpaaren 2 ab.
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Zwischen den Wälzkörpern sind Ringscheiben 6 angeordnet, wie aus F
i g. 1 ersichtlich. In diesen
Ringscheiben 6 sind Bolzen
7 kugelgelenkig gelagert; die Enden der Bolzen 7 verbinden die Wälzkörper
1 gelenkig. Beim Abrollen der Wälzkörper nehmen die Bolzen 7 die Ringscheibe
6 mit. Dabei führen die Bolzen eine Taumelbewegung um die Kugelgelenke in
der Ringscheibe aus. Die Kugelgelenke selbst bewegen sich auf einer Kreisbahn um
die Antriebswelle 4.
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Die Ringscheiben 6 sind, wie aus F i g. 2 erkennbar, über Stifte
8 durch Aussparungen 9 mit einem Bord oder einer Scheibe 10 der Abtriebswelle
11 verbunden. Die Größe der Aussparungen 9 ist durch die Exzentrizität zwischen
Wälzkörper 1 und Antriebswelle 4 und durch die Stärke der Stifte 8 bestimmt.
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F i g. 3 zeigt die Lage der Teile in einem Schnitt, der in Höhe der
Ringscheibe 6 gelegt ist. Die Aussparungen 9 liegen hinter der Ringscheibe
6, sie sind daher nur als Kreisabschnitte sichtbar.
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Das Getriebe nach den F i g.1 bis 3 enthält zwei Laufringpaare
2 und zwei diametral versetzte Wälzkörper. Die Zahl der Laufringpaare kann
vermehrt werden, ohne daß eine prinzipielle Änderung der Konstruktion oder Funktion
einträte. Es wäre lediglich erforderlich, weitere Ringscheiben 6 anzuordnen und
die weiteren Wälzkörper mit Aussparungen 9 für die verlängerten Stifte
8 zu versehen. Dabei können sämtliche nebeneinanderliegenden Ringscheiben
6 miteinander durch Taumelbolzen 7 verbunden sein. Die Verbindung kann jedoch
auch paarweise erfolgen, dabei wären dann z. B. zwischen dem ersten und zweiten
Wälzkörper ein Zwischenring und zwischen dem dritten und vierten Wälzkörper ein
Zwischenring anzuordnen.
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Für die Antriebsdrehzahl l ist die Abtriebsdrehzahl des Getriebes
gleich dem Quotienten aus dem Wälzkreisdurchmesser der Ringpaare und dem Durchmesser
der Wälzkörperlaufkanten, vermindert um den Summanden 1. Der Drehsinn der Abtriebswelle
ist dem Drehsinn der Antriebswelle entgegengesetzt.
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Zur anschaulichen Erläuterung der Wirkungsweise des Getriebes ist
ein Teil der Erfindung in der schematischen Darstellung nach F i g. 4 wiedergegeben.
Hierin rollt ein Wälzkörper 1 auf dem Laufringpaar 2. An Stelle eines Exzenters
3 ist eine Kurbel mit einem durch Feder 5 verschiebbaren Zapfen dargestellt. Die
Nabe des Wälzkörpers 1 sitzt in einer Gelenkwelle 12, das andere Drehgelenk
der Gelenkwelle verbindet mit der Abtriebswelle 11.
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Beim Drehen der Antriebswelle 4 rollt der Wälzkörper 1 auf
dem Laufringpaar 2 ab. Die Drehung des Wälzkörpers um seine eigene Achse wird durch
die Kardangelenkwelle auf die Abtriebswelle übertragen. Bei gleichliegend angeordneten
Wälzkörpern, die durch Stifte miteinander verbunden sind, könnte ein Getriebe nach
F i g. 4 auch mit mehreren Wälzkörpern 1 und zugeordneten Ringpaaren 2 gebaut
werden. Die dabei auftretenden Massenkräfte würden jedoch nachteilig in Erscheinung
treten. Bei mehreren versetzt angeordneten Wälzkörpern 1 kann die Übertragung des
Drehmomentes jedoch nicht mehr durch eine derartige Kardanwelle erfolgen.
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Die in den F i g. 1 bis 3 in prinzipieller Darstellung wiedergegebene
Anordnung stellt für versetzt angeordnete Wählkörper eine besonders vorteilhaft
Lösung dar. Sie ermöglicht eine kompakte Bauweise; beispielsweise wird der Außendurchmesser
des Getriebes im allgemeinen nicht größer als der Durchmesser eines zum Antrieb
etwa gewählten Flanschmotors, und die Baulänge überschreitet nur unwesentlich die
normalen Kupplungspaare. Die Abtriebsdrehzahl kann bei entsprechender Wahl der maßgeblichen
Durchmesser beliebig nahe nach Null zu verstellt werden. Bei vergleichsweise hohen
übertragbaren Drehmomenten ergibt sich daher ein sehr weiter Verstellbereich.
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Die Verstellung der Abtriebsdrehzahl ist auf besonders einfache Weise
vorzunehmen, wenn die geteilten Laufringe paarweise gegeneinander verstellbar angeordnet
sind. Beispielsweise können die Laufringe in Gewinderinge eingesetzt werden, die
mittels Schnecke zu verstellen sind.
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Dabei bleiben alle Variationsmöglichkeiten der bekannten Planetengetriebe
erhalten. Werden beispielsweise die verstellbaren Laufringpaare rotierbar gelagert
und die Wälzkörper am planetenförmigen Umlauf gehindert, dann kann der An- oder
Abtrieb über die Laufringpaare erfolgen.
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Ein wesentlicher Fortschritt gegenüber dem Bekannten liegt darin,
daß nun auch bei stufenlos bis Null verstellbaren Getrieben große, versetzt angeordnete
Wälzkörper kraftschlüssig mit der An- und Abtriebswelle verbunden werden können.
Dadurch sind wesentlich größere Leistungen übertragbar.