DE2219238A1

DE2219238A1 - Vorrichtung zur erzeugung veraenderlicher anpresskraefte in regelgetrieben

Info

Publication number: DE2219238A1
Application number: DE2219238A
Authority: DE
Inventors: Herbert Steuer
Original assignee: PIV Antrieb Werner Reimers GmbH and Co KG
Current assignee: PIV Antrieb Werner Reimers GmbH and Co KG
Priority date: 1972-04-20
Filing date: 1972-04-20
Publication date: 1973-10-31
Also published as: FR2181388A5; US3875814A; DE2219238C3; DE2219238B2; GB1394307A

Description

DIPL.-ING. R. LEMCKE

Patentanwalt 75 Karlsruhe/laden

P.I.V. Antrieb Werner Reimers Kommanditgesellschaft, 638 Bad Homburg v.d.H.« Industriestraße 5

Vorrichtung zur Erzeugung veränderlicher Anpreßkräfte in Regelgetrieben

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung veränderlicher Anpreßkräfte zwischen drehmomentüber·*· tragenden Reibelementen in stufenlos verstellbaren Getrieben, wobei zumindest ein sich drehmomentabhängig verlagernder Körper die Anpreßkräfte liefert.

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Die meisten stufenlosen mechanischen Getriebe sind sog. Reibgetriebe, die durch entsprechende Anordnung von Reibelementen (Scheiben, Rollen, Ringe, Kugeln, Treibriemen oder -ketten und ähnlichem) mittels kraftsohlüssiger Verbindung dieser Teile eine Leistung übertragen. Bei derartigen Getrieben ist ein gewisser Schlupf zwischen treibender und getriebener Welle nicht völlig zu vermeiden. Im Interesse eines guten Wirkungsgrades soll dieser Schlupf möglichst gering sein. Um dies zu erreichen, werden die stufeniosen Reibgetriebe mit einer Anpreßeinrichtung ausgerüstet, die im einfachsten Falle eine Feder sein kann.

Die Federanpressung ist zwar eine konstruktiv einfache und billige Lösung, hat jedoch den Nachteil, daß die Anpreßkraft unabhängig von der Übersetzung des Getriebes konstant ist. Dabei muß die Federkraft, um die Nennleistung mit Sicherheit übertragen zu können, etwas über dem entsprechenden Wert für die Nennlast liegen. Dadurch ergibt sich eine unnötig hohe Anpressung im Teillastbereich und damit ein schlechterer Teillast-Wirkungsgrad. Dasselbe gilt auch für eine vom jeweiligen Übersetzungsverhältnis abhängige Federkraft, wie sie beispielsweise bei Kegelscheiben-Umschlingungsgetrieben vorliegen kann. Diese konstruktiv bedingte Anordnung bewirkt außerdem noch eine Überanpressung in einem bestimmten Übersetzungs— bereich, ζ. B. in Richtung ü_min oder ü_max. DurGh Verwendung von Federn mit nicht linearer Kennlinie versucht man, diesen Nachteil abzuschwächen*

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Wird nun ein federangepreßtes Reibgetriebe über das der Anpreßkraft entsprechende Drehmoment hinaus belastet,, so beginnt das Triebwerk, an der reibschlüssigen Übertragungsstelle durchzurutschen. Bei entsprechender Ausbildung der Reib- bzw. Kontaktflächen und durch Verwendung geeigneter Öle (z. B. bei Ganzstahlgetrieben) wird dieses Rutschen, zumal es in der Praxis nur kurzzeitig erfolgt, ohne nennenswerten · Verschleiß überstanden. Solche Getriebe werden daher zweckmäßigerweise gleichzeitig als stufenloses Antriebselement und als Schutzkupplung für empfindliche Maschinenteile eingesetzt, beispielsweise₍ wenn starke Anfahrstöße durch Elektromotoren zu befürchten oder wenn große Massen zu beschleunigen sind.

Werden jedoch höhere Anforderungen bezüglich des Wirkungsgrades und der übertragbaren spezifischen Leistung gestellt, so ist eine derartige Federanpressung aus den oben erwähnten Gründen· unbefriedigend. Hier verwendet man sog. drehmomentabhängige Anpreßvorrichtungen·. Diese sind je nach der Getriebebauart, bei der sie in Anwendung kommen, in verschiedenen Ausführungsformen bekannt.

So ist es beispielsweise bei Kegelscheiben-Umsehlingungsgetrieben sowie bei zahlreichen Reibradgetrieben bekannt, die in der An- und/oder Abtriebswelle auftretenden Drehmomente über Kugeln und schräge Auflaufflächen in axial gerichtete Anpreßkräfte, die den jeweilig übertragenen Drehmomenten proportional sind,

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umzusetzen*

Die drehmomentproportionale Anpressung hat gegenüber der Federanpressung den Vorteil, daß ■

eine weitgehende Anpassung der

Anpreßkräfte an die für eine einwandfreie Energieübertragung erforderlichen Werte sichergestellt ist. So wird einerseits eine Überanpressung im Teillastbereich, andererseits ein Durchrutschen des Getriebes bei Vollast vermieden. Nachteile ergeben sich jedoch, wenn Getriebe mit drehmomentproportionaler Anpressung weit über der Nennlast liegenden Belastungsstößen ausgesetzt werden, beispielsweise wenn beim Anfahren mit Elektromotoren Anfahrstöße mit bis zu fünffacher Nennlast auftreten. Durch die damit einhergehende Zunahme der Anpreßkräfte werden die Getriebeteile sehr hoch belastet und müssen für solche Überlastungsfälle überdimensioniert werden. Ab einer bestimmten Grenze kommt es schließlich auch zu Rutschbewegungen, die dann erheblichen Verschleiß verursachen (Pittingbildung, Preßerscheinungen) und schließlich zur Zerstörung der Getriebe führen. Die entstehende Reibenergie erreicht dabei den fünf- bis zehnfachen Wert gegenüber der Nennbelastung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anpreßeinrichtung zu schaffen, die unter Vermeidung einer Überanpressung im Teillastbereich ein versdhleißarmew "gutmütiges" Durchrutschen des Getriebes ge-

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stattet, sobald das zulässige Drehmoment nennenswert ■überschritten wird. Dabei soll besonderer Wert auf einfache, kostensparende Herstellbarkeit dieser Anpr eßeinrichtung gelegt werden.

Ausgehend von den vorgenannten Anpreßeinrichtungen, die alle auf dem gemeinsamen Prinzip beruhen, daß ein sich drehmomentabhängig verlagernder Körper die gewünschte Anpreßkraft liefert, wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß die Verlagerung dieses Körpers durch Anschläge begrenzt ist. Hierdurch lassen sich auf überraschend einfache Weise die Vorteile von feder- und drehmomentabhängiger Anpressung miteinander verbinden, ohne dabei deren Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Die Anschläge können starr oder elastisch ausgebildet sein und un_T mittelbar auf den sich verlagernden Körper oder aber auf die Verlagerung herbeiführende Übertragungsglieder einwirken.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Lösungsprinzips auf solche' Anpreßvorrichtungen, bei denen die Anpreßkräfte axial auf eine verschieb- und verdrehbar gelagerte Reibscheibe einwirken, die sich mit ihrem schräge Stirnflächen aufweisenden Bund über Rollkörper an entsprechenden schrägen Gegenflächen einer mit der An- bzw. Abtriebswelle drehfest verbundenen Hülse abstützt, stellt es eine besonders einfache und zweckmäßige Lösung dar, wenn die schrägen Stirnflächen Anschläge zur Begrenzung der Relativdrehung zwischen

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Reibscheibe und Hülse aufweisen. Arbeitet die Reibscheibe mit einem relativ unelastischen Reibrad zusammen, so ist es zweckmäßig, daß auch die Hülse axial verschiebbar auf der An- bzw. Abtriebswelle gelagert ist und daß sie sich über eine Tellerfeder am Gehäuse oder damit verbundenen Teilen abstützt. Durch das Nachgeben der Tellerfeder bei Drehmomentzunahme vergrößert sich die Relativbewegung zwischen Reibscheibe und Hülse und die genaue Begrenzung dieser Relativbewegung durch Anschläge wird erleichtert. Die Tellerfeder ist zweckmäßigerweise für eine knapp über dem Wennmoment liegende Belastung ausgelegt.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die Reibscheibe als Kegelscheibe eines Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebes auszubilden.

Bei Anwendung des Erfindungsgedankens auf ein Reibringgetriebe, bei dem ein Reibring zwei achsparallele Kegel entgegengesetzter Konizität umläuft, wird die bei Drehmomentübertragung erfolgende Auslenkung des Reibr-inges vorteilhafterweise durch zwei mit diesem achsparallele Anschlagrollen begrenzt. Diese Anschlagrollen können innerhalb oder außerhalb des Reibringes angeordnet sein.

Weitere Vorteile und Merkmale des Erfindungsgegen-

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Standes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen; dabei sseigt:

Fig. 1 den Verlauf der Anpreßkraft in Abhängigkeit vom übertragenen Drehmoment;

Fig. 2 einen Axialschnitt durch ein stufenlos verstellbares Reibradgetriebe mit drehmomentabhängiger Anpressung und erfindungsgemäßer Begrenzung der Anpreßkraft;

Fig. 3 die Ansicht "X" auf die Anpreßeinrichtung in Fig. 2 in Arbeitsstellung;

Fig. 4 einen Axialschnitt durch ein stufenlos

verstellbares Reibringgetriebe mit erfindungsgemäßer Begrenzung der Anpreßkraft;

Fig. 5 einen Schnitt durch das Getriebe in Fig. längs der Schnittlinie I-I und

Fig. 6 einen Schnitt durch das Getriebe in Fig. längs der Schnittlinie II-II.

Ln Fig. 1 ist die Anpreßkraft A in Abhängigkeit vom übertragbaren Drehmoment Md für verschiedene Anpreßarten dargestellt. Die Linie I zeigt die Zuordnung von Anpreßkraft und Drehmoment bei drehmomentproportionaler Kurvenmüffenanpressung, die Linie II bei Federanpressung und die Linie III bei der erfindungsgemäßen Anpressung. Linie IV kennzeichnet die bei drehmomentabhängiger Anpressung erforderliche konstante Voranpressung im Leerlauf.

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Man erkennt deutlich, daß die Anpreßkraft bei der drehmomentabhängigen Anpressung gemäß Linie I im Gegensatz zur Federanpressung auch bei Überlastung des Getriebes über das Nennmoment hinaus weiter ansteigt, . weshalb die bei starker Überlastung auftretenden Rutschbewegungen erheblichen Verschleiß verursaehen. Demgegenüber zeigt Linie II den unabhängig vom übertragenen Drehmoment konstanten Verlauf der Anpreßkraft bei Federanpressung, wobei sich der Nachteil der Überanpressung im Teillastgebiet ergibt. Beide Nachteile werden durch die erfindungsgemäße Anpreßeinrichtung vermieden, indem die Anpreßkraft zunächst drehmomentproportional bis zu einem ν etwas über Nenn last liegenden Wert anwächst und bei weiterer Drehmoment zunähme . auf einen konstanten Wert begrenzt bleibt.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips wird in den Fig. 2 und 3 beispielhaft bei einer Anpreßvorrichtung mit-tels Kurvenmuffen erläutert. In einem Gehäuse 5 ist eine Welle 6 mit einem Reibrad 7 drehbar und axial verschiebbar gelagert. Das Reibrad 7 steht in reibschlüssiger Verbindung mit einem Tellerrad 8, das über Nadellager 9 verdrehbar

auf einer Welle 10 sitzt, die ihrerseits drehbar in dem Gehäuse 5 gelagert ist. Auf der Welle 10 sitzt außerdem eine Hülse 11, die mittels einer Paßfeder 12 drehfest aber axial verschiebbar auf der Welle angeordnet ist. Diese Hülse 11 weist an ihrer Stirnseite

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ebenso wie das Tellerrad 8 schräge Auflaufflächen 13 bzw. 14 auf, die über Kugeln 15 miteinander in Verbindung stehen. An ihrem äußeren Umfang stützt sich die Hülse 11 am Innenrand einer Tellerfeder 16 ab, deren Außenring.sich seinerseits über einen Basisring 17 und ein Kugellager 18 am Gehäuse 5 abstützt. Zwischen dem Kugellager 18 und dem Tellerrad 8 ist eine Vorspannfeder 19 angeordnet. Wie Fig. 3 zeigt, sind die Auflaufflächen 13 und 14 begrenzt durch Anschläge 20 bzw. 21.

Die Wirkungsweise ist folgende:

Das beispielsweise über die axial verschiebbare Welle 6 eingeleitete Drehmoment wird von dem Reibrad 7 durch Reibschluß auf das Tellerrad 8 übertragen. Über die Kugeln 15 gelangt "der Kraftfluß in die Hülse 11 und von dort über die Paßfeder 12 in die Abtriebswelle -10. Bei der Übertragung des Drehmomentes von dem Tellerrad 8 auf die Hülse 11 werden an den Berührstellen "der schrägen Auflaufflächen 13 und 14 mit den Kugeln 15 Axialkräfte erzeugt, die eine drehmomentproportionale Anpressung des Tellerrades b an das Reibrad 7 bewirken. Übersteigt die aus dem Drehmoment resultierende Axialkraft einen vorbestimmten Wert, so wird die auf diesen Wert eingestellte Tellerfeder 16 überdrückt. Dabei verdrehen sich die schrägen Auflaufflächen 13 und 14 so weit gegeneinander, daß die Kugeln 15 beispielsweise an den Anschlägen 20, 21 zur Anlage kommen. Die Verbindung

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zwischen Tellerrad 8 und Hülse 11 erfolgt nun nicht mehr reibschlüssig über die Auflaufflächen 13 und 14, sondern nahezu formschlüssig über die Anschläge 20 und 21.,Die Anpreßkraft wird von der Tellerfeder 16 aufgebracht und kann beispielsweise bei Verwendung einer Tellerfeder mit degressiver Kennlinie in der Endstellung kleiner sein als der vorgespannte Wert. Da die so erzeugte Anpreßkraft zur Momentenübertragung nicht mehr ausreicht, rutscht das Getriebe an der Reibstelle und wirkt wie eine Rutschkupplung.

Die Abstützung der Tellerfeder 16, die gemäß Pig. 2 über das Lager 18 am Gehäuse 5 erfolgt, kann dadurch vereinfacht werden, daß man stattdessen eine entsprechend ausgebildete Nabe auf der Welle 10 unverschiebbar anordnet.

Als nicht dargestellte konstruktive Variante zu Fig. ist bei bestimmten Anwendungsfällen eine Kurvenmuffenanpressung denkbar, bei der sich die Auflauffläcnen und 14 ohne Zwischenschaltung von Kugeln direkt gegeneinander abstützen. Die zugehörigen Anschläge können dann z. B. durch zwei übergreifende Nasen auf der einen Seite und damit zusammenwirkende Stifte auf der anderen Seite der Muffen ausgebildet sein.

Eine weitere Anwendung des erfindungsgemaßen Prinzips wird nachfolgend in Verbindung mit einem Reibringgetriebe erläutert, vergl. Fig. 4 bis 6. Bei diesem Getriebe wird eine drehmomentabhängige Anpressung zwischen den Reibelementen vom System her erreicht, und zwar durch die elastische Verlagerung des Reibringes.

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In einem Gehäuse 22 sind zwei Kegel 23 und 24 entgegengesetzter Konizität achsparallel und verdrehbar gelagert. Beide Kegel werden gemeinsam von einem Reibring 25 umlaufen, der zur Änderung des Überset-Zungsverhältnisses mittels einer Klaue 26 axial verschiebbar ist. Wird das Antriebsdrehmoment beispielsweise in den Kegel 23 in dem in Fig. 6 gezeigten Richtungssinn eingeleitet, so wird der Reibring 25 an seiner Berührungslinie mit diesem Kegel reibschlüssig mitgenommen. An der Berührungslinie mit dem anderen Kegel 24 findet zunächst keine Bewegung statt, so daß diese den Momentanpol für die Verlagerung des Reibringes 25 bildet. Hierbei erfolgt eine allerdings sehr geringe und im Elastizitätsbereich des Ringmaterials liegende Verformung. Dabei verlagert sich der Ring 25 aus seiner ursprünglich kreisrunden Form in eine etwas ovale Form, die in Fig. 6 durch die strichpunktierten Linien dargestellt ist. Die Verformung dew Ringes ruft als Reaktionskraft eine kräftige Anpressung zwischen dem Ring 25 und den beiden Kegeln hervor, deren Größe proportional mit dem übertragenen Drehmoment zunimmt. Um nun diese Verformung -im Sinne des Erfindungsgedankens zu begrenzen, .sind zwei Anschlagrollen 27 und 28 achsparallel in einem solchen Abstand zu dem Ring 25 angeordnet, daß dieser nur bis zu einem vorherbestimmten Betrag, entsprechend einem vorherbestimmten maximalen Drehmoment, nach der Seite auswandern kann, Entsprechend ist auch die wirksame Anpreßkraft begrenzt und es kommt bei Überschreiten des Nenndrehmomentes zu dem erwünschten gutmütigen Durchrutschen des Ringes.

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Das erfinderische Prinzip läßt sich mutatis mutandis bei allen drehmomentabhängig angepreßten stufenlosen Getrieben anwenden, sei es durch Einbau eines elastischen Gliedes, das eine vorgespannte Feder sein kann, sei es indem man das die Anpreßkraft erzeugende EIement gegen einen Anschlag laufen läßt, wobei selbstverständlich auch die Kombination dieser beiden Möglichkeiten zweckmäßig sein kann. Das Ziel ist stets, den in Fig. 1 durch die Linie III dargestellten Verlauf der Anpreßkraft in Abhängigkeit vom übertragbaren Drehmoment zu erreichen.

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Claims

Patentansprüche

1J Vorrichtung zur Erzeugung veränderlicher Anpreßkräfte zwischen drehmomentübertragenden Reibelementen in stufenlos verstellbaren Getrieben, wobei zumindest ein sich drehmomentabhängig verlagernder Körper die Anpreßkräfte liefert,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Verlagerung dieses Körpers (9, 11, 25) durch Anschläge (20, 21, 27, 28) begrenzt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (20, 21) auf die Verlagerung
herbeiführende Übertragungsglieder (11) einwirken.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (27, 28) auf den Körper (25)
unmittelbar einwirken.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die
drehmomentabhängigen Anpreßkräfte axial auf eine verschieb- und verdrehbar gelagerte Reibscheibe einwirken, die sich mit ihrem schräge Stirnflächen aufweisenden Bund über Rollkörper an entsprechenden schrägen Gegenflächen einer mit der An- bzw. Abtriebswelle drehfest verbundenen Hülse abstützt, dadurch gekenn-

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-H-

zeichnet, daß die schrägen Stirnflächen (13, H) Anschläge (20, 21) zur Begrenzung der Relativdrehung zwischen Reibscheibe (8) und Hülse (11) aufweisen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4·» dadurch gekennzeichnet, daß eine überdrückbare Feder (16) von der Anpreßkraft beaufschlagt wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (11) axial verschiebbar auf der An- bzw. Abtriebswelle (10) gelagert ist und sich über eine Tellerfeder (16) am Gehäuse abstützt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (16) für eine knapp über dem Nennmoment liegende Belastung ausgelegt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibscheibe (8) als Kegelscheibe eines Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebes ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, wobei der die Anpreßkräfte liefernde Körper als ein zwei achsparallele Kegel entgegengesetzter Konizität umlaufender Reibring ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die bei Drehmomentübertragung erfolgende Auslenkung des Reibringes (25) durch zwei mit diesem achsparallele Anschlagrollen (27, 28) begrenzt ist.

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