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Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe Die Erfindung bezieht sich auf
ein stufenlos verstellbares Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe nach Patentanmeldung
R 37345 XII/47 h.
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Ein solches Getriebe besteht aus einem zwischen axial verschiebbaren
Kegelscheibenpaaren laufendem Zugmittelstrang, bei dem die erforderlichen an- und
abtriebsseitigen Anpreßkräfte mit Drucköl erzeugt werden, wobei die axial beweglichen
Kegelscheiben als Kraftkolben in umlaufenden Druckzylindern ausgebildet sind, über
ein Steuerventil, bestehend aus einem Gehäuse und einem Steuerkolben, den axial
verschiebbaren Kegelscheiben Drucköl zugeführt wird, das Steuerventil durch ein
Stellglied gesteuert wird, welches einerseits an einer axial beweglichen Kegelscheibe
angreift und andererseits mit einem Betätigungshebel willkürlich verstellt werden
kann, der hydraulische Druck des jeweils treibenden Kegelscheibenpaares als Regelgröße
auf einen Kolben einwirkt, der ein Vorspannventil steuert, dessen Zuflußöffnung
mit den Abflußleitungen des Steuerventils verbunden ist, zur Verhinderung eines
gegenseitigen Aufschaukelns der hydraulischen Drücke im Hydrauliksystem die wirksame
Kolbenfläche des auf das Vorspannventil einwirkenden Kolbens so gemessen ist, daß
die hydraulische Druckzunahme an der Zuflußöffnung des Vorspannventils immer kleiner
ist, als die hydraulische Druckzunahme im Druckzylinder des jeweils treibenden Kegelscheibenpaares,
dividiert durch das Verhältnis der Anpreßkräfte des treibenden Kegelscheibenpaares
zum getriebenen Kegelscheibenpaar, ein Überdruckventil die maximale Druckhöhe und
damit die maximale Leistung des Getriebes bestimmt, der hydraulische Druck des jeweils
treibenden Kegelscheibenpaares, der der jeweiligen Getriebebelastung annähernd proportional
ist, auch als Regelgröße benutzt wird, um die Spannkraft von kraftschlüssigen Kupplungen
zu steuern, die in den Abfluß eingebaut sind, und wobei die kraftschlüssigen Kupplungen
konstruktiv so bemessen sind, daß sie bei demselben hydraulischen Druck ein kleineres
Rutschdrehmoment übertragen, als das jeweils treibende Kegelscheibenpaar an dem
Zugmittelstrang abgibt.
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Aufgabe der Erfindung ist, die Kraftübertragungsverhältnisse beim
Anfahren des Getriebes zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die den Öldruck
in der Zuflußleitung erzeugende Druckmittelquelle in an sich bekannter Weise den
Öldruck unabhängig vom Antriebszustand des Getriebes aufrechterhält. Dadurch, daß
die Förderung des Drucköles unabhängig vom Antrieb des - Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebes
ist, stehen die zur Drehmomentübertragung erforderlichen Anpreßkräfte für die verschiebbaren
Kegelscheiben schon zur Verfügung, wenn der Antrieb des Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebes
noch nicht eingeschaltet ist. Beim Einschalten des Antriebes kann die Antriebskraft
sofort voll übertragen werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die vom Getriebe
anzutreibende Maschine geringe Schwungmassen aufweist. In diesem Fall braucht weder
antriebsseitig noch abtriebsseitig eine vor überlastung schützende kraftschlüssige
Kupplung verwendet werden.
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Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles
erläutert.
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Auf einer Antriebswelle 1 sind zwei Kegelscheiben 2 und 3, auf einer
Antriebswelle 4 zwei Kegelscheiben 5 und 6 axial verschiebbar angeordnet und durch
Paßfedern 7 gegen Verdrehen gesichert. Beide Kegelscheibenpaare 2, 3 und 5, 6 werden
von einem Zugmittelstrang 8 umschlungen. Die beiden Kegelscheiben 3 bzw. 6 sind
als verschiebbare Druckzylinder ausgebildet und über Druckfedern 12 bzw. 13, die
den Zugmittelstrang 8 auch beim Stillstand des Getriebes leicht vorspannen, gegen
Kolben 9 bzw. 11 abgestützt, die mit der Antriebswelle 1 bzw. der Antriebswelle
4 starr verbunden sind.
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Die Druckräume 14 und 18 zwischen den Kegelscheiben 3 bzw. 6 und den
Kolben 9 bzw. 11 stehen über axiale Bohrungen der An- und Abtriebswelle, Ölführungen
15 bzw. 19 und Rohrleitungen 16 bzw. 20 mit einem Steuerventil 17 in Verbindung,
welches
das über eine mit einem Überdruckventil 25 versehene Zuflußleitung
24 beispielsweise von einer zentralen Versorgungsstelle bezogene Drucköl auf die
Druckräume 14 und 18 verteilt.
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An den Steuerschieber 21 des Steuerventils 17 ist ein Waagehebel 22
drehbeweglich angelenkt, dessen eines Ende in einer Ringnut 10 der Kegelscheibe
3 gleitet, und dessen anderes Ende mit einem Vorwählhebel 23 gelenkig verbunden
ist.
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Der jeweils am treibenden Kegelscheibenpaar herrschende hydraulische
Druck wirkt als Steuergröße auf die Fläche 30 eines Kolbens 29 ein, der in einem
Vorspannventi127 (gesteuertes Druckregelventil) verschiebbar angeordnet ist und
sich gegen eine einen Ventilkörper drückende Feder 28 abstützt. Das Vorspannventi127
korrigiert das zunächst vom Steuerventil bestimmte Verhältnis zwischen der auf das
Kegelscheibenpaar auf der jeweiligen Antriebsseite wirkenden, axialen Anpreßkraft
und der auf das Kegelscheibenpaar auf der jeweiligen Abtriebsseite wirkenden Anpreßkraft,
indem die dem Steuerventü17 zugeführten, überschüssigen Drucköhnengen mit dem auf
der jeweiligen Abtriebsseite herrschenden Druck über eine Rüclfußleitung 26 ebenfalls
dem Vorspannventil zugeführt werden und beim Erreichen des vorgesehenen Druckverhältnisses
den Ventilkörper so weit gegen die Kraft der Feder 28 abheben, daß das vorgegebene
Druckverhältnis für alle Getriebebelastungen annähernd konstant gehalten wird und
die überschüssigen Druckölmengen über die Ablaufleitungen 31 nahezu drucklos abfließen
können.
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Damit bei einer Richtungsänderung des Kraftflusses durch das Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe
immer der Druckraum des jeweils treibenden Kegelscheibenpaares mit dem Vorspannventi127
verbunden wird, ist zwischen den Rohrleitungen 16, 20 und dem Vorspannventü27 ein
Umsteuerventil 32 eingeschaltet, in dem ein frei fliegender Kolben 33 unter der
Wirkung des antriebsseitigen hydraulischen Druckes die Verbindung zwischen der abtriebsseitigen
Rohrleitung und dem Vorspannventi127 verschließt.
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Die Wirkungsweise des Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebes ist folgende:
Beim Stillstand des sich in einer der möglichen Übersetzungsstellungen befindenden
Getriebes möge in den Druckräumen 14 und 18 der gleiche Öldruck herrschen. Wird
nun die Welle 1 angetrieben, so übt der Zugmittelstrang 8 nach einer bekannten Gesetzmäßigkeit
auf die treibenden Kegelscheiben 2 und 3 eine größere Spreizkraft aus, als auf die
getriebenen Kegelscheiben 5 und 6. Demzufolge verschiebt sich die Kegelscheibe 3
in axialer Richtung vom Zugmittel fort, während die Kegelscheibe 6 sich auf den
Zugmittelstrang zu bewegt. Durch die Bewegung der Kegelscheibe 3 wird gleichzeitig
der Waagehebel 22 mitgenommen und verschiebt dabei den Steuerschieber 21 derart,
daß der Öldruck im Druckraum 14 steigt. Dieser antriebsseitig wirkende, steigende
Öldruck wirkt gleichzeitig auf den Kolben 29 des Vorspannventils 27, wodurch dessen
Feder 28 stärker gespannt und daher der über die Rückflußleitung 26 fließende Ölstrom
weiter gedrosselt wird, so daß der abtriebsseitige hydraulische Druck im Druckraum
18 in dem durch das Vorspannventil 27 korrigierten Verhältnis zum antriebseitigen
hydraulischen Druck ebenfalls steigt. Die Axialbewegung der Kegelscheiben 3 und
6 kommt zum Stillstand, sobald die auf den Zugmittelstrang 8 ausgeübten Anpreßkräfte
gleich den vom Zugmittelstrang, entsprechend dem zu übertragenden Drehmoment, ausgeübten
Spreizkräften sind. Da jedoch der hydraulische Druck in den Druckräumen 14 und 18
gemäß der Stellung des Steuerschiebers 21 weiter ansteigt, wird nun die Axialbewegung
der Kegelscheiben 3 und 6 gestoppt oder rückläufig. Dabei wird über den Waagehebel
22 auch der Steuerschieber 21 zurückbewegt, wodurch der antriebsseitige hydraulische
Druck fällt, was gleichzeitig ein Nachlassen der Drosselwirkung des Vorspannventils
27 zur Folge hat und somit auch zu einem Abfall des abtriebsseitigen hydraulischen
Druckes führt. Dieser aperiodische oder stark gedämpfte Einschwingvorgang kommt
bei einer solchen Stellung des Steuerschiebers 21 zum Stillstand, bei der im Zusammenwirken
mit dem Vorspannventil27 die von den Kegelscheibenpaaren ausgeübten Anpreßkräfte
gleich den vom Zugmittelstrang 8 ausgeübten Spreizkräften sind.
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Dieser Vorgang wiederholt sich in gleicher Weise, wenn das vom Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe
zu übertragende Drehmoment und damit die vom Zugmittelstrang 8 ausgeübten Spreizkräfte
steigen, dagegen kehren sich bei deren Verringerung die Richtungen der von den Kegelscheiben
3 und 6, dem Steuerschieber 21 sowie dem Kolben 29 des Vorspannventils 27 in der
beschriebenen Reihenfolge ausgeführten Stellbewegungen um.
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Die stufenlose Einstellung der Getriebeübersetzung erfolgt am Vorwahlhebel23.
Wird dieser beispielsweise in der Ebene der Zeichnung im Uhrzeigersinn um seinen
Drehpunkt bewegt, so wird durch den Steuerschieber 21 der die Zuflußleitung 24 mit
der Rohrleitung 16 verbindende Querschnitt vergrößert, während der die Zuflußleitung
24 mit der Rohrleitung 20 verbindende Querschnitt verkleinert wird. Dadurch erhöht
sich der hydraulische Druck im Druckraum 14, und die Kegelscheiben 2 und 3 auf der
Antriebswelle 1 nähern sich unter Verdrängung des Zugmittelstranges 8 auf einen
größeren Laufradius, während die Kegelscheiben 5 und 6 auf der Abtriebswelle durch
den dort einen entsprechend kleineren Laufradius einnehmenden Zugmittelstrang 8
voneinander entfernt werden. Auf diese Weise ändert sich das Übersetzungsverhältnis
des Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebes derart, daß die Drehzahl der Abtriebswelle
4 gegenüber der als konstant angenommenen Drehzahl der Antriebswelle 1 steigt. Dieser
Verstellvorgang ist bei Erreichen des am Vorwahlhebel23 eingestellten Übersetzungsverhältnisses
dadurch beendet, daß der in die Nut 10 eingreifende Waagehebel 22 den Steuerschieber
21 wieder in seine Ausgangsstellung zurückbewegt hat.
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Kehrt sich die Richtung des Kraftflusses durch das Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe
um, wird also die bisher getriebene Welle 4 zur treibenden Welle, dann übt der Zugmittelstrang
8 auf die Kegelscheiben 5 und 6 eine größere Spreizkraft aus, als auf die Kegelscheiben
2 und 3. Da aber zu diesem Zeitpunkt im Druckraum 14 noch ein höherer Druck herrscht
als im Druckraum 18, wird unter der Wirkung dieser geänderten Spreizkräfte die Kegelscheibe
6 vom Zugmittelstrang fort und die Kegelscheibe 3 auf den Zugmittelstrang zu bewegt.
Dabei
nimmt die Kegelscheibe 3 den Waagehebel 22 mit, stellt den
Steuerschieber 21 so ein, daß der hydraulische Druck im Druckraum 18 steigt und
im Druckraum 14 fällt. Während dieser Druckänderung wird einmal der Zustand erreicht,
bei dem der auf die Kegelscheibe 6 wirkende hydraulische Druck den auf die Kegelscheibe
3 wirkenden übersteigt, wodurch der frei fliegende Kolben 33 des Umsteuerventils
32 in die in der Zeichnung mit unterbrochenen Linien dargestellte Lage verschoben
wird, so daß dann das Vorspannventil 27 an die Rohrleitung 20, d. h. wieder an den
antriebsseitig herrschenden hydraulischen Druck angeschlossen ist. Die durch die
Umkehr des Kraftflusses durch das Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe ausgelöste
Tendenz zur Axialverschiebung der Kegelscheiben 3 und 6 kommt nach genügender Erhöhung
des antriebsseitigen hydraulischen Druckes und entsprechender Senkung des abtriebsseitigen
hydraulischen Druckes zum Stillstand, sobald sich die von den Kegelscheibenpaaren
ausgeübten Anpreßkräfte im Gleichgewichtszustand mit den vom Zugmittelstrang 8 ausgeübten
Spreizkräften befinden.