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Die Erfindung betrifft ein Planeten-Getriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Erfindung ist im Maschinenbau einsetzbar, und zwar bei der Entwicklung von Drehübertragungs-Reibungsgetrieben mit einer stufenlosen Übersetzungsänderung. Die Erfindung kann im Fahrzeugbau und im Werkzeugmaschinenbau angewendet werden.
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Aus dem Stand der Technik sind reibschlüssige Planeten-Zahngetriebe bekannt. Sie weisen ein Getriebegehäuse, eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle sowie einen Planetenträger mit einer Radialachse auf, auf denen Planetenzahnräder und Reibumlaufräder (Satelliten) sitzen. Die ersten wirken mit Zentralrädern zusammen, und die letzteren sind durch Tellerräder ringsum gepresst.
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Der nächstkommende Stand der Technik der Gesamtheit von technischen Merkmalen nach ist ein reibschlüssiges Planeten-Zahngetriebe (stufenloses Getriebe) gemäß
RU 169964 .
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Diese Einrichtung ist mit zweifachen Umlaufrädern ausgestattet. In der ersten Reihe der Umlaufräder befinden sich Kegelzahnräder und in der zweiten Reihe Stirnreibräder. Die Reibräder sind zwischen ein unbewegliches und ein drehbares Tellerrad geklemmt. Eine zusätzliche Planeteneinheit besteht aus Kegelzahnrädern. Ein Zentralrad dieser Einheit ist am beweglichen Tellerrad und ein anderes Zentralrad an einer drehbaren Scheibe befestigt. Die übrigen Zahnräder sind je nach der Anzahl der Achsen am Achsenende jeweils frei aufgesetzt und mit den die Reibräder verschiebenden Schrauben gekoppelt. Somit regeln diese Zahnräder die Drehzahl der angetriebenen Welle.
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Dieser Prototyp hat keinen ausreichenden Regelbereich der angetriebenen Welle sowie eine geringe Belastbarkeit. Das heißt, pro ein Reibrad ist nur eine Stelle, also nur ein Tragbild, zur Kraftübertragung vorgesehen. Der Mechanismus zur Regelung von Anpressdrücken an den Kontaktstellen der Reibteile ist nicht klar. Der Planetenträger läuft der Antriebsraddrehung entgegen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, den Drehzahlregelbereich der angetriebenen Welle von Null auf die Drehzahl der Antriebswelle zu erweitern, d. h. die Nulldrehzahl der angetriebenen Welle während der Drehung der Antriebswelle zu erzeugen. Das Übersetzungsverhältnis (i = NEing/NAusg = NEing/0 =) ist gleich der Unendlichkeit. Die wenigstens zweifache Vergrößerung der Belastbarkeit erfolgt durch eine zweifache Vergrößerung der Kennzahl des Tragbildes. Die Erfindung ist auch darauf abgezielt, einen einfachen zuverlässigen Mechanismus zur Vergrößerung der auf die Stellen des Tragbildes einwirkenden Kraft proportional zu einem auf die angetriebene Welle einwirkenden Moment zu ermitteln.
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Die gestellte Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Das oben genannte Ziel wird wie folgt erreicht.
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Nach der Erfindung ist ein zweites Stützrad vorgeschlagen, welches mit einem Getriebegehäuse starr gekoppelt ist. Tellerräder drehen sich entgegengesetzt. Ein erstes Tellerrad ist mit einem Ausgangszahnrad mittels einer Klauenkupplung mit dreieckigen Klauen verbunden. Ein zweites Tellerrad ist mit dem ersten Tellerrad über ein Zwischenzahnrad verbunden, das frei auf einem Planetenträger sitzt.
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Bei Umlaufrädern einer ersten Reihe handelt es sich um Kegelzahnräder. Sie wirken mit Zentralrädern zusammen. Bei Umlaufrädern einer zweiten Reihe handelt es sich um Stirnreibräder, die zwischen zwei Tellerrädern eingeklemmt sind und zwar so, dass die Stirnreibräder auf einer Nutenwelle den Planetenträger entlang mit Hilfe von Spindeln verschiebbar sind, wodurch die Drehzahl der angetriebenen Welle von Null auf Maximal änderbar ist. Wenn das Zähnezahlverhältnis zwischen dem Zentralrad und dem Umlaufrad gleich dem Kreisumfangsverhältnis zwischen der Stelle des Tragbildes des Tellerrades und dem Reibrad ist, sind gleichzeitig eines der Tellerräder, welches mit einem Ausgangszahnrad verbunden ist, und die angetriebene Welle unbeweglich. Das zweite Tellerrad ist dabei zu diesem Zeitpunkt zweimal schneller gelaufen als der Planetenträger. Dieser Zeitpunkt ist als Nulldrehzahlzeitpunkt genannt. Je nach dem Durchmesser der Reibräder kann das Tragbild mit der Nulldrehzahl sich entweder näher zur Achse oder in der Mitte oder am Rand des Tellerrades befinden. Wenn das Tragbild mit der Nulldrehzahl näher an der Achse liegt, so ist hier das Variator-Getriebe insgesamt enger. Befindet sich das Tragbild mit der Nulldrehzahl in der Mitte des Tellerrades, so handelt es sich um ein umkehrbares Variator-Getriebe. Und wenn die Reibräder zum Mittelpunkt oder zum Rand verschoben sind, wird sich die angetriebene Welle gegenläufig drehen, d. h. in verschiedene Richtungen drehen, während die Antriebswelle immer gleichläufig dreht. Es ist vorteilhafter, wenn das Tragbild mit der Nulldrehzahl sich am Rand befindet. Hier ist der Halbmesser des Tellerrades bis zum Tragbild größer. Folglich kann sich ein größeres Moment an der angetriebenen Welle leichter entwickeln. Mit der Bewegung der Reibräder vom Rand gegen den Mittelpunkt des Tellerrades ist die Drehzahl der angetriebenen Welle von Null auf Maximal zu ändern. Damit die Reibräder nicht durchschlüpfen und um eine maximale Leistung zu übertragen, ist eine Kupplung mit dreieckigen Klauen vorgesehen. Ist das Moment auf die angetriebene Welle aufgebracht, so erfolgt eine Winkelversetzung der Kupplungshälften zueinander. Gleichzeitig üben sie Druck in axialer Richtung aus und pressen die Tellerräder und die Reibräder innerhalb des Getriebegehäuses proportional zum aufgebrachten Moment zusammen. Liegt kein Moment auf der angetriebenen Welle vor, so wird diese Zusammenpressung mittels einer schwachen Feder erreicht, die die Tellerräder und die Reibräder nur wenig zusammenpresst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des Planeten-Getriebes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Getriebeschema eines Planeten-Getriebes mit drei Achsen mit Umlaufrädern und drei Zwischenzahnrädern, die an einzelnen Achsen zwischen den Umlaufrädern aufgebaut sind,
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2 ein Getriebeschema eines Planeten-Getriebes mit vier Achsen, Umlaufrädern und vier Zwischenzahnrädern, die an den Achsen mit Umlaufrädern frei sitzen und
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3 eine abgewickelte Ansicht der Klauenkupplung.
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Das erfindungsgemäße Planeten-Variator-Getriebe weist ein Getriebegehäuse 1, einen Planetenträger 2, ein Antriebszentralrad 3 und ein Stützzentralrad 4 sowie zweifache Umlaufräder auf, wobei in einer ersten Reihe die Umlaufräder Kegelzahnräder 5 und in einer zweiten Reihe Stirnreibräder 6 sind. Die Reibräder sind zwischen zwei Tellerrädern eingeklemmt. Das erste Tellerrad 7 ist über eine Klauenkupplung 9 mittels eines Zahnrads 10 und dann über ein Ausgangszahnrad 11 mit einer angetriebenen Welle 12 verbunden. Das zweite Tellerrad 8 ist mit dem ersten Tellerrad 7 über ein Zwischenzahnrad 13 verbunden, das frei auf einem Planetenträger sitzt. Eine Antriebswelle 14 ist mit dem Antriebsrad 3 starr verbunden. Die Reibräder 6 haben eine Keilwellenverbindung mit einer Nutenwelle 15 und können sich zwischen den Tellerrädern 6, 7 an der Nutenwelle 15 mittels Spindeln 16 bewegen. Die Spindeln 16 sitzen ihrerseits auf Zahnrädern 17 und passieren eine Führung 22, die an der Nutenwelle 15 befestigt ist und sich zusammen mit der Nutenwelle dreht. Die Spindeln 16 gehen durch die Reibräder mit Spindelmuttern 27 hindurch, die an den gleichen Reibrädern befestigt sind. Zahnräder 17 kontaktieren das Zahnrad 20 über einen Zahnradsatz 18 und 19 die mit dem Zahnrad 20 verbundene Welle 21. Durch eine Drehung der Welle 21 können die Spindeln 16 gedreht werden, wodurch die Reibräder 6 bei nicht laufendem oder leerlaufendem Planeten-Variator-Getriebe verschoben werden.
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Das Zähnezahlverhältnis zwischen dem Stützrad 4 und dem Umlaufrad 5 ist gleich dem Zähnezahlverhältnis zwischen dem konischen Ende des Zahnradsatzes 19 und dem Zahnradsatz 18. Aus diesem Grund stimmt die Winkelgeschwindigkeit des Zahnradsatzes 18 mit der Winkel-geschwindigkeit des Umlaufrades 5 überein. Je nach dem Bestimmungszweck kann eine Bremseinrichtung und eine Ablesevorrichtung zur Anzeige der Drehzahl der angetriebenen Welle auf der Welle 21 montiert werden. Der Antrieb kann entweder manuell oder motorisch erfolgen.
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Funktionsweise des Planeten-Variator-Getriebes
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Während der Drehung der Antriebswelle 14 mit dem Antriebszentralrad 3 fangen die Umlaufräder an, über das unbewegliche Zentralstützrad 4 zu rollen und ziehen den Planetenträger 2 mit seinen Radialachsen 15 und die Umlaufräder 5 und 6 heran. Der Planeten-träger 2 dreht sich gleichläufig mit dem Antriebsrad 3. Die Umlaufräder 5 oder die Reibräder 6 drehen sich zwischen zwei Tellerrädern 7 und 8 und treiben diese gegenläufig mit gleicher Winkelgeschwindigkeit zum Planetenträger 2 an. Der Planetenträger 2 dreht sich auf Lagern 24, welche am Getriebegehäuse 1 über einen Lagerbock 25 befestigt sind. Wenn die Geschwindigkeit des Tellerrades 7 zum Planetenträger 2 mit der Geschwindigkeit des Planetenträgers 2 zum Getriebegehäuse 1 übereinstimmt, dann bleibt das Tellerrad 7 zum Getriebegehäuse 1 unbeweglich, und die angetriebene Welle 12 dreht sich nicht. Das zweite Tellerrad 8 dreht sich zu diesem Zeitpunkt zweimal schneller als der Planetenträger 2. Das entspricht dem Zeitpunkt, wenn Z4/Z5 = R7/R6 ist, wobei Z4 und Z5 die Zähnezahl des Stützrades und des Umlaufrades, und R7 und R6 dementsprechend die Halbmesser des Tellerrades an der Stelle des Tragbildes und des Reibrades sind. Wird die Welle 21 manuell oder mit Hilfe von einem Motor, Zahnrädern 20, 19, 18, 17 und Spindeln 16 gedreht, sind die Reibräder 6 die Nutenwelle 15 entlang verschoben, indem der Halbmesser der Tragbilder an den Tellerrädern 7 und 8 geändert ist. Dadurch wird die Drehzahl der angetriebenen Welle 12 von Null auf eine maximale Drehzahl geregelt.
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Gemäß einem Einzelfall der Ausführung der Erfindung befinden sich die Reibräder 6 am Rand der Tellerräder 7 und 8. Dabei haben das Tellerrad 7 sowie die Welle 12 eine Null-Drehzahl. Im Zuge der Verschiebung der Reibräder 6 gegen den Mittelpunkt ist die Drehgeschwindigkeit der Tellerräder 7 und 8 mit der Verringerung des Halbmessers der Tragbilder erhöht. Sobald der Halbmesser der Tragbilder den Mindesthalbmesser erreicht, so ist die Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Welle 12 maximal. Die maximale Geschwindigkeit der angetriebenen Welle 12 hängt auch von den Übersetzungsverhältnissen der Räder 10 und 11 ab.
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Das angeführte Schema der Klauenkupplung nach 3 zeigt einen Winkel α. Ist der Winkel groß, dann kann die Axialkraft zu groß sein und das Planeten-Variator-Getriebe zerstören. Ist der Winkel klein, so kann die Axialkraft dafür nicht ausreichen, um die Tellerräder und Reibräder genug zusammenzudrücken. Deswegen muss der Winkel erfahrungsmäßig zwischen 80 und 120 Grad gewählt werden. Die Anzahl der Achsen mit Umlaufrädern muss zwei oder mehr, optimal drei oder vier, betragen.
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Die Anwendung dieses Planeten-Variator-Getriebes im Werkzeugmaschinenbau verspricht gewisse Vorteile dank einem Regelbereich der angetriebenen Welle von Null bis zur Drehzahl der Antriebswelle und höher oder sogar eine Umsteuerung der angetriebenen Welle. Die große Anzahl der Tragbilder, auf die die Druckkraft aufgebracht ist, ist proportional zu einem Moment an der angetriebenen Welle.
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Das Planeten-Variator-Getriebe kann beim Transportmaschinenbau als stufenloses Getriebe für Fahrzeuge verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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