DE2029779C - Stufenlos einstellbares Reibringgetriebe mit selbsttätiger, lastabhängiger Anpressung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Reibringgetriebe linie besitzt und daß sich der Übertragungsring für mit zwei Kegelscheibenpaaren, die von einem biege- die entsprechenden Umfangskräfte so einzieht, daß steifen Ring umschlossen sind und bei dem zur stu- er selbsttätig die zugeordneten Keilkräfte erzeugt, fenlosen Änderung der Getriebübersetzung zwei sich Bei den bekannten drehmomentabhängigen Anpreßdiagonal gegenüberliegende Kegelscheiben in gleicher 5 vorrichtungen hat dies zur Folge, daß im Teiflast-Richtung um gleiche Beträge verschiebbar sind (z. B.. gebiet Überanpressung vorliegt, die zu einem schlechdeutsche Patentschrift 1200 631). ten Wirkungsgrad und zu dem erwähnten vorzeitigen Bei dieser bekannten Bauart von Getrieben mußten Verschleiß führt. Denn im Teillastgebiet ist die Keilbis jetzt entsprechende Spannvorrichtungen eingebaut kraft für die entsprechend zugeordnete Ringumfangswerden, damit dip erforderliche Anpreßkraft an den io kraft in jedem Falle größer, als die von der drehmo-Reibpaarungcn zur Übertragung des gewünschten men [abhängigen Anpreßvorrichtung erzeugte AnDrehmomentes erreicht wurde. Es sind derartige preßkraft. Dies bedeutet, daß immer noch eine Spannvorrichtungen bekannt, die ein selbsttätiges Überanpressung vorliegt und die zuvor angesproche-Nachstellen der Vorspannkraft über Schraubenfedern nen Nachteile nicht behoben werden. Außerdem (deutsche Patentschrift 898 837), Gewindespindeln 15 muß sich die Steigung der Kurvenbahn in der An-(deutsche Patentschrift 929 102) oder Klinkengesper- preßvorrichtung in Abhängigkeit der Übersetzungsren (deutsche Patentschrift 1 200631), Exzentern und einstellung des Getriebes verändern, um die Vorteile Keilen bewirken. Derartige Einrichtungen sind als der klefnstmögiichen Anpreßkraft über den gesamten Verbindungsglied an den Führungsbuchsen der ver- Stellbereich zu erhalten. Der hierzu benötigte fertischiebbaren Kegelscheiben oder hinter der Lagerung ao gungstechnische Aufwand für eine derartige Anpreßder ortsfesten oder verschiebbaren Kegelscheiben vorrichtung ist sehr erheblich, eingebaut. Aufgabe der Erfindung ist es, ein stufenlos einstell-AHe diese Einrichtung haben den Nachteil, daß bares Reibringgetriebe herzustellen, das ohne übliche durch die erzwungene Vorspannung eine spezifische Voranpressung und ohne komplizierte selbsttätig wir-Überbelastung im Leerlauf, wie auch im Teillastge- 25 kends Spann- und Anpreßvorichtungen die Übertrabiet vorhanden ist. Dies wirkt sich dadurch nachteilig gung von Drehmomenten mit nur den erforderlichen aus, daß der für die Reibpaarung an sich bekannt Anpreßkräften zuläßt.

gute Wirkungsgrad im Teillastgebiet nicht ausgenutzt Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem werden kann und ein Verstellen im Stillstand relativ Getriebe der eingangs geschilderten Art dadurch gehohe Kräfte erfordert. Da die Verspannung in jedem 30 löst, daß eine oder mehrere Kegelscheiben unter Falle so groß sein muß, daß auch im niedrigsten Zwischenschaltung eines an sich bekannten, nur über Drchzahlbcreich das entsprechend große Drehmo- einen durch einen einstellbaren Anschlag begrenzten, ment übertragen wird, hat dies zur Folge, daß das unter dem Weg zur Erreichung des Rutschwinkels zur Übertragung der gleichen Leistung im oberen liegenden Federweg elastischen Gliedes mit flacher Drehzahlbereich erforderliche geringere Drehmoment 35 Federkennlinie gegen den Ring spannbar ist und daß bei einer unnötig hohen Vorspannung übertragen das gesamte Getriebe nach Verschieben der Kegelwird. Das Getriebe unterliegt dadurch einem unnötig scheiben um den begrenzten Federweg durch Verhohen Verschleiß, der seine Lebensdauer beträchtlich wendung eines steifen Gehäuses, große Axialkräfte herabsetzt. aufnehmender Lager und dehnungssteifer, die ver-Wciterhin sind Reibringgetriebe bekannt, bei denen 40 schiebbaren Kegelscheiben verbindender Elemente ein Teil dieser oben beschriebenen Nachteile durch steif ist.

an sich bekannte drehmomentabhängige Anpreßvor- Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Reibrichtungen ausgeschaltet werden (deutsche Olfcnle- ringgetriebes legen die Kegelscheibcn gegen eine gegungsschrift 1 921 993). Sie sind in der Regel hinter ringe Federkraft einen relativ großen Federweg den ortsfesten oder beweglichen Kcgclscheiben an- 45 zurück. Durch diese Maßnahme wird einmal bewirkt, geordnet und weisen sich im Prinzip durch Kurven- daß sich der Übertragungsring schon bei der Leerbahnen aus, die entsprechend dem vorhandenen laufbelastung auf einen nahe bei dem größten zuläs-Drehmoment die Kegelscheibe in axialer Richtung sigen Keilwinkel liegenden Keilwinkel einziehen kann, verschieben und damit die Anpreßkraft zwischen Zum anderen ist die Elastizität des elastischen GHe-Ring und Kegel erhöhen. Diese Vorrichtungen sind ₅₀ des nach Durchlaufen des begrenzten Federweges zweckmäßigerweise zur direkten Erfassung der auf- aufgehoben, so daß die dann noch vorhandene Elastitretenden Drehmomente auf der Antriebswelle ange- _zität der des möglichst steif ausgebildeten Getriebeordnet. Die optimal ausgelegte Kurvenbahn einer systems entspricht. Nach Durchlaufen des begrenzten solchen Anpreßvorrichtung muß eine dem Drehmo- Federweges steigt die Federkennlinie des gesamten ment direkt proportionale Anpreßkraft erzeugen. 55 Getriebesystems daher steil an. Da der Übertragungs-Aus Berechnungen, deren Richtigkeit sich durch _rj_ng sich unter der Wirkung der zu übertragenden Versuche nachweisen läßt, folgt, daß die zur Übertra- Momente von selbst einzieht, die zur Übertragung gung bestimmter Umfangskräfte notwendigen Keil- der vorhandenen Umfangskräfte notwendigen Keilkräfte mit dem von den Kegelscheibcn zurückgelegten kräfte erzeugt und da infolge des bereits zurückge-Federwcg abnehmen. Andererseits wächst aber mit 60 legten begrenzten Federweges der Bereich erreicht dem zurückgelegten Federweg auch der Keilwinkcl n, j_st, in dem zur Übertragung der jeweiligen Umfangsauf den sich der Ring einzieht, so daß bei Über- kräfte nur die geringen, nahe dem Rutschwinkel Heschreiten eines bestimmten Federweges der höchst genden Keilkräfte erforderlich sind, lassen sich die zulässige, dem Reibwert μ entsprechende Keilwinkel Drehmomente mit den nahezu geringstmöglichen überschritten wird und Rutschen eintritt. Die Erfali- 65 Keilkräften übertragen. Voraussetzung für diese Wirrung hat gezeigt, daß jedes Reibringgetriebcsystem kung des erfindungsgemäßen Getriebes ist allerdings, auf Grund seiner geometrischen Abmessungen und daß nach Durchlaufen des begrenzten Federweges der verwendeten Werkstoffe seine eigene Federkenn- das Getriebe so steif wird, daß durch den weiteren

Federweg, der durch die elastische Verformung des möglichst steif ausgebildeten Getriebes entsteht, der dem · Rutschwirikel entsprechende Federweg nicht überschritten wird. Dies läßt sich durch eine entsprechende Dimensionierung des Getriebes erreichen. Im praktisch nicht erreichbaren Idealfall, in dem die geringsten zur Übertragung der vorhandenen Umfangskräfte notwendigen Keilkräfte erreichbar wären, würde der begrenzte Federweg dem zur Erreichung des Rutschwinkels entsprechenden Federweg gleich sein und das ideal steife Getriebe verhindern, daß ein über den Rutschwjnkel hinausgehender Federweg eintritt.

Die Erkenntnis der Theorie des Reibringgetriebes gestattet auf die erfindungsgemäße Weise die kostensparende Herstellung von derartigen Getrieben mit. gutem Wirkungsgrad und langer Lebensdauer.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung des Reibringgetriebes besteht darin, daß sich der Ring schon bei Leerlaufbelastung um den Betrag einzieht, der nahe bei dem der Vollbelastung entsprechenden Wert liegt. Da sich bei dem Ringeinzug die das Übersetzungsverhältnis bestimmenden Radien ändern, bleibt bei dem erfindungsgemäßen Reibringgetriebe das Übersetzungsverhältnis von der Leerlaufbelastung bis zur Vollast nahezu konstant.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 808 500 ist ein Reibringgetriebe bekannt, bei dem zur Vermeidung von Kegelscheibenkippkräften eine starre Verbindung der Führungsbuchsen vorgeschlagen ist. Weiterhin ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 921 993 bekannt, hinter den Kegelscheiben ein weiches Federpaket mit degressiver Federkennlinie zur Erzeugung der Leerlaufroibringspannung und zum Ausgleich von thermischen Verspannungen und von Verschleiß in den Lagern sowie im Reibringsystem und ein hartes Federpaket zur Vermeidung von Getriebeüberlastungai anzuordnen. Diese beiden Reibringgetriebe arbeiten aber mit vorgespannten Reibringen bzw. mit drehmomentabhängiger Anpressung, also anders als der Gegenstand dieser Erfindung.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die steife Verbindung der verschiebbaren Kegelscheiben dadurch erreicht, daß ihre Führungsbuchsen durch zwei dehnungssteife Stege miteinander verbunden sind. Eine derartige Verbindung ist, allerdings zu einem anderen Zweck, an sich aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 808 500 bekannt. Eine steife Lagerung der Kegelscheiben läßt sich zweckmäßigerweise durch die Verwendung von Kegelrollenlagern erzielen.

Als elastisches Glied mit begrenztem Federweg läßt sich in vorteilhafter Weise eine hinter der Lagerung der verschiebbaren Kegelscheiben angeordnete Tellerfeder in Verbindung mit einem einstellbaren Anschlag verwenden. Das elastische Glied mit begrenztem Federweg kann auch durch Anordnen eines oder mehrerer radialer Schlitze im Übertragungsring gebildet sein. Ein geschlitzter Übertragungsring ist an sich aus der deutschen Auslegeschrift 1 180 59915ckannt. Bei einem derart geschlitzten Ring sind die weichen Federeigenschaften aufgehoben, sobald der Ring zusammengepreßt ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 die an einem eingezogenen Ring und den zugehörigen Kegelscheiben auftretenden Kräfte in einer Prinzipskizze,

F i g. 2 ein Kegelscheibenpaar mit zugeordneten Kräften,

F i g. 3 die das Reibringgetriebe kennzeichnenden Größen in einem Diagramm,

Fig.4 die Seitenansicht eines Reibringgetriebes, Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie A-B-C-D der F i g. 4,

ίο F i g. 6 bis 8 verschiedene Ausführungsformen eines geschlitzten Reibringes.

In F i g. 1 ist gezeigt, wie ein an der Antriebswelle eingeleitetes Drehmoment Mi₁ über das Kegel paar 4, S auf das Kegelpaar 6, 7 der Abtriebswelle über-

tragen wird. Dazu muß der Übertragungsring 3 vom antriebsseitigen Kegelpaar 4,5 aus seiner Mittellage m nach m' herausgezogen werden, wobei die aus dem Drehmoment Mt₁ abgeleitete und auf den Übertragungsring 3 durch Reibschluß wirkende Umfangskraft LJ in eine radial zur Kegeldrehachse gerichtete Keilkraft K und in eine Zugkraft Z aufgeteilt wird. Diese verläuft auf der geraden Verbindungslinie der durch die elastische Verformung neu entstandenen Berührungspunkte P₁' P.,'. Je weiter der Übertragungs-

ring 3 unter der Wirkung der Keil- und Umfangskräfte durch elastische Verformung des gesamten Getriebesystems aus seiner Mittellage P_tP_t herausgezogen wird, desto günstiger wird das Verhältnis zwischen Umfangskraft V und Keilkraft K. Eine optimale

Grenze dieses Verhältnisses und damit die kleinstmögliche Keilkraft K zur Übertragung des gewünschten Drehmomentes Mt₁ ist dann erreicht, wenn der Winkel < > zwischen Keilkraft K und Zugkraft Z dem Reibwert // der Reibpaarung entspricht.

In F i g. 2 ist die Zerlegung der Keilkraft K in die an den beiden Kegelscheiben 4 und 5 wirkenden und für die Drehmomentübertragung notwendigen Normalkräfte K_n sowie der entsprechende Federweg / gezeigt. In das Diagramm der Fi g. 3 sind die ein Reib-

ringgetriebe kennzeichnenden Größen in ihrem qualitativen Verlauf eingezeichnet. Aus dem Diagramm folgt, daß ohne Vorhandensein eines Federweges /, wenn also der Reibring 3 aus seiner durch die Linie P_x P., mit dem Mittelpunkt m bezeichneten Lage nicht

herausgezogen würde, zur Übertragung beliebiger Umfangskräfte U unendlich große Keilkräfte K vorhanden sein müßten. Sobald aber der Reibrieg 3 unter der Wirkung eines eingeleiteten Momentes durch die Umfangs- und Keilkräfte durch elastische Verfor-

mung aus seiner Ausgangslage herausgezogen wird, legen die Kegelscheiben einen Federweg / zurück, in dessen Abhängigkeit zu jeweils bestimmten Umfangskräften eine bestimmte Keilkraft gehört. Bei der Vergrößerung des Federweges / vergrößert sich der

Keilwinkel ο bis zur Erreichung des Rutschwinkels I'm«*, der aus dem Reibwert /ι der Reibpaarung abgeleitet ist. Bis zu diesem Rutschwinkel i>_mux nehmen über dem Federweg / die- zur Übertragung der Umfangskräfte U benötigten Keilkräfte K nach einer sich

aus der Getriebegeometrie ergebenden Funktion ständig ab, während der Kcilwinkel y ständig zunimmt. Der größeren Federwegen als f_maf entsprechende Kurvenvcrlauf ist uninteressant, weil in diesem Bereich Rutschen eintritt und eine wirtschaftliche Leistungsübertragung nicht mehr möglich ist.

Aus dem Diagramm gemäß F i g. 3 ist ersichtlichdaß eine optimale Getriebeauslegung dann gegeben ist, wenn von der Vorspannung Null ausgehend ein

möglichst nahe bei f_max liegender Punkt für die Leerlaufumfangskraftkurve t/, mit flacher Federkennlinie erreicht wird und anschließend das Getriebe so steif wird, daß die Federkennlinie des Getriebesystems so steil wie möglich ansteigt. Die Schnittpunkte der Federkennlinie mit den Umfangskraftkurven ergeben die jeweils benötigten Keilkräfte K, auf die sich der Reibring unter Last von selbst einzieht.

In den Fig. 4 und 5 ist ein den Kennlinien des Diagramms nach F i g. 3 entsprechendes Reibringgetriebe dargestellt. Der Federweg α in F i g. 3 entspricht dem Federweg α der Tellerfeder 12. Die Tellerfeder 12 ist so weich, daß sich die in dem Diagramm gezeigte flache Kennlinie ergibt. Sobald der Federweg α zurückgelegt ist, besitzt das Getriebesystem nur noch die Elastizität ihrer steifen Elemente, die insgesamt eine sehr steile Federkennlinie ergeben. Um diese steife Federkennlinie zu erreichen, ist das Gehäuse 8 aus Stahlguß ausgeführt. Die Reibringpaarungen 4 und 5 sowie 6 und 7 stützen sich auf ao Lagerungen ab, die durch die Verwendung von Kegelrollenlagern 16 steif sind. Der Kraftfluß der Kegelscheiben 4, 5, 6, 7 zu dem Gehäuse 8 läuft über das Kegelrollenlager 16, steife Distanzhülsen 17, den steifen Außenring des Kugellagers 11 und den einstellbaren Gewindering 13. Die Führungsbüchsen 14 und 15 sind über dehnungssteife Verbindungsstege 9, 10 miteinander verschraubt.

Das Getriebe wird so ausgelegt, daß eine durch den Verschleiß hervorgerufene Strecke b, die sich wie ein zusätzlicher Federweg verhält, derart berücksichtigt wird, daß auch bei Verschleiß der höchst zulässige Federweg j_max nicht überschritten wird (s. Fig. 3).

In den Fig.6 bis 8 sind Reibringe 3 gezeigt, die durch radiale Schlitze federnde Schenkel besitzen. Diese Reibringe 3 lassen einen begrenzten Federweg mit flacher Federkennlinie zu, bis die Schenkel anliegen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Reibringgetriebe mit zwei Kegelscheibenpaaren, die von einem biegesteifen Ring umschlossen sind und bei dem zur stufenlosen Änderung der Getriebeübersetzung zwei sich diagonal gegenüberliegende Kegelscheiben in gleicher Richtung um gleiche Beträge verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Kegelscheiben (4, S, 6, 7) unter Zwischenschaltung eines nur über einen durch einen einstellbaren Anschlag begrenzten, unter dem Weg zur Erreichung des Rutschwinkels liegenden Federweg (α) elastischen Gliedes (12) mit flacher Federkennlinie gegen den Ring (3) spannbar ist und daß das gesamte Getriebe nach Verschieben der Kegelscheiben (4. 5. 6, 7) um den begrenzten Federweg (α) durch Verwendung eines steifen Gehäuses (8), große Axialkräfte aufnehmender Lager (16) und dehnungssteifer, die verschiebbaren Kegelscheiben (5,6) verbindender Elemente (9, 10) steif ist.

2. Reibringgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbaren Kegelscheiben (5, 6) Führungsbuchsen (14, 15) aufweisen, die durch zwei dehnungssteife Stege (9, 10) miteinander verbunden sind.

3. .Reibringgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelscheiben (4,5,6,7) in Kegelrollenlagern (16) gelagert sind.

4. Reibringgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Lagerung der verschiebbaren Kegelscheiben (5,6) Tellerfedern (12) angeordnet sind.

5. Reibringgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anordnung eines oder mehrerer radialer Schlitze im Übertragungsring (3) das elastische Glied mit begrenztem Federweg gebildet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen