DE2331199A1

DE2331199A1 - Mechanischer anpresskraftregler fuer ein stufenlos einstellbares kugelplanetengetriebe

Info

Publication number: DE2331199A1
Application number: DE19732331199
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl Ing Kreuzer; Gerhard Riepl
Original assignee: Neuweg Fertigung GmbH
Current assignee: Neuweg Fertigung GmbH
Priority date: 1973-06-19
Filing date: 1973-06-19
Publication date: 1975-01-09
Also published as: GB1470224A; CH574062A5; FR2234492B3; FR2234492A1

Description

stufenlos einstellbares KugeIpXanetenp;etri ebe

Die Erfindung betrifft einen mechanischen Anpreßkraftrogler für oin stufenlos einstellbares Kugelplanetengetriebo, bei dem in ein£poi Gehäuse ein mit einer Antriebswelle drehfest verbundener Laufring, ein mit einer Antriebswelle drehfest verbundener Laufring sowie_f den Laufringen in einem veränderbaren axialen Abstand gegenüberstehend, je ein Führungsring gleichachsig angeordnet sind, und in einem von diesen vier Ringen
begrenzten Ringraum Übertragungskugeln laufen, wobei der axiale Abstand zwischen dem einen Laufring und dem zugehörigen Führung· ring entsprechend dem gewünschten Verhältnis zwischen Abtriebsdrehzahl up und Antriebsdrehzahl n>, mit einem Stelltrieb veränderbar ist und eine den zweiten Laufring und den zweiten
Führungsring axial zueinander hin belastende Kraft vom Anpreßkraftregier erzeugt wird, der eine ringförmige Rampenfläche
mit axial ansteigenden Auflauframpen, eine ringförmige Gegenfläche und dazwischen angeordnete Wälzkörper aufweist, wobei
entweder die Rampenfläche oder die Gegenxlache mi einem Druclcring ausgebildet ist, der mit dem zweiten Laufring fest verbunden ist, und die Gegenfläche oder die Rampenfläche am zweiten Führungsring ausgebildet ist«

Bei den bekannten Getrieben dieser Gattung, deren Verstell

bar eich V unendlich ist (V - n^ _max/n₂

= n

_{2 lftax}

/0 ~ on ),

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wird die Anpresskraft durch Auflauframpen mit konstanter Steigung, auf die Wälzkörper auflaufen (FR-PS 992 357 und'DT-rOS 136 243)oder durch Gewinde mit konstanter Steigung (FR-PS 231 854) oder nur "durch Federn mit nahezu konstanter Kraft (US-PS 3 504 574) erzeugt.

Die Konstruktionen mit Auflaufrarapen oder Gewinde konstanter Steigung beruhen auf der bisher herrschenden Annahme, es genüge, die Anpress^kraft proportional zum abgenommenen Drehmoment zu erzeugen. Dem stehen jedoch die folgenden Feststellungen entgegen:

1. Beim Verändern des Übersetzungsverhältnisses von maximaler Abtriebsdrehzahl zu einer Abtriebsdrehaahl nahe Null ändern sich die Hebelarmverhältnisse an den Übertragungsteilen beträchtlich.

2. Die Geschwindigkeit, mit der die Übertragungskugeln umlaufen, und damit die Fliehkraft, mit der sie zusätzlich gegen den äußeren Laufring und den äußeren Führungsring gepreßt werden, ändert sich ebenfalls mit dem Übersetzungsverhältnis.

3. Änderungen der Drehzahl, mit der die Übertragungskugeln um ihre virtuellen Drehachsen rotieren, bedingen verschiedene Rollgeschwindigkeiten an ihren Berührungspunkten mit den Lauf- und Führungsringen. Diese verschiedenen Rollgeschwindigkeiten haben bei sonst gleichen Bedingungen (Oberflächenbeschaffenheit, Öltemperatur, Härte der Übertragungsteile) unterschiedliche Reibkoeffizienten zur Folge, die bei gegebenem Drehmoment verschieden große Anpreßkräfte erfordern.

4. Die virtuellen Drehachsen der Übertragungskugeln bilden mit der Getriebehauptachse bei einer fest eingestellten Abtrieb3drehzahl einen bestimmten Winkel. Beim planetarischen Umlauf der Kugeln wandern diese Drehachsen um die Getriebeachse ohne ihren Winkel in bezug auf diese zu verändern; das heißt, die Drehachsen der Eigenrotation der Übertragungskugeln bilden einen Kegelmantel, dessen Mittellinie die Getriebehauptachse ist. Diese

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ständige Änderung der Kugeldrehachsen im Raum erzeugt ein Deviationsmoment an den Kugeln, dessen Reaktionskräfte die erforderliche Anpreßkraft ebenfalls beeinflussen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei stufenlos einstellbaren Getrieben der eingangs beschriebenen Gattung die bekannten Auflauframpen nicht geeignet sind, den sich bei Veränderungen des Übersetzungsverhältnisses stark ändernden Bedingungen gerecht zu werden; insbesondere ermöglichen die bekannten Auflauframpen bei niedrigen Drehzahlen nur die Übertragung relativ kleiner Drehmomente«

Aufgabe der Erfindung ist es, einen mechanischen Anpreßkraftregler für ein Getriebe der eingangs beschriebenen Gattung zxx schaffen, der eine über einen möglichst großen Verstellbereioh konstante Leistungsübertragung ermöglicht, so daß das Getriebe bei allen einstellbaren Übersetzungsverhältnissen im wesentlichen gleich hoch belastbar ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Steigungswinkel 3^ό^Θ^^βΓ Auflaufrarcpe, ausgehend von der Stolle, an welcher der zugehörige Wälzkörper bei demkleinsten einstellbaren Verhältnis ti^I^a anliegt, stetig nach der Gleichung

* (1 + 15 fnp^) F/R Cgrad]

zunimmt, wobei F der Mittepunktsabstand der Übertragungskugeln von der Getriebehauptachse und R der mittlere Radius der Auflaufrainpen ist.

Auflauframpen, deren Steigungswinkel der oben stehenden Formel entsprechen, erzeugen infolge ihrer Keilwirkung wie bekannte Auflauframpen eine Anpreßkraft, die mit dem Drehmoment an der Abtriebswelle steigt. Darüberhinaus sind die erfindungsgemäßen Auflauframpen jedoch in der Lage, die zur Übertragung konstanter Leistung erforderliche Anpreßkraft in einem weiten Abtriebsdrehzahlbereich zu erzeugen; es können also auch bei niedrigen Abtriebsdrehzahlen hohe Drehmomente übertragen werden.

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Der erfindungsgemäße Anpreßkraftregler verhindert aber auch wegen des zunehmenden Steigungswinkels seiner Auflauframpen, daß das Getriebe, wenn es bei einer Einstellung für hohe Abtriebs drehzahl anläuft, mit zu großen AnIaufmomenten belastet wird. Diese vorteilhafte Eigenschaft ist bei einer Weiterbildung der Erfindung noch dadurch verstärkt, daß die Auflauframpen über die Stelle hinaus, an welcher der zugehörige Wälzkörper bei dem größten einstellbaren Verhältnis n_o/n^ bei normaler Belastung anliegt, um einen Bereich verlängert sind, in dem der Steigungswinkel(Tnoch weiter ansteigt. Damit wird erreicht, daß elastische Verformungen, die beim Überschreiten bestimmter AnIaufmomente unvermeidlich auftreten und in gewissen Grenzen unschädlich sind, den über den eigentlichen Nutzbereich hinausgehenden Bereich der Auflauframpen mit überhöhter Steigung wirksam werden lassen, in dem die Anpreßkraft im Verhältnis zum Abtriebsdrehmoment nur noch stark unterproportional ansteigt, so daß die in diesem Bereich erzeugte Anpreßkraft zur Übertragung des überhöhten Drehmoments nicht ausreicht. Deshalb entsteht zwischen den Übertragungskugeln und den Laufringen für kurze Zeit erhöhter Schlupf, der das Getriebe vor schädlicher Überlastung schützt.

Vorzugsweise sind jedem Wälzkörper des Anpreßkraftreglers zv/ei spiegelbildlich angeordnete Auflauframpen zugeordnet, so daß der Anpreßkraftregler in beiden Drehrichtungen der Antriebswelle gleich wirksam ist.

Schließlich ist es zweckmäßig, wenn zwischen dem zweiten Führungsring und dem Druckring zum Erzeugen einer Anpreßkraft im Leerlauf des Getriebes ein Kraftspeicher angeordnet ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig.1 zeigt ein Kugelplanetengetriebe, zur Hälfte in einem axialen Schnitt; und

Fig.2 eine vergrößerte Teilansicht eines Druckrings des in Fig.1 dargestellten Getriebes.

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Das dargestellte Getriebe weist ein Gehäuse 12 auf, dessen Hauptbestandteile ein im wesentlichen zylindrischer Gehäusemantel 14 sowie zwei Gehäusedeckel 16 und 18 sind. In dem in Fig.1 linken Gehäusedeckel 16 ist eine Antriebswelle 20 gelagert, und in dem rechten Gehäusedeckel 18 eine Abtriebswelle 22; diese beiden Wellen haben eine gemeinsame geometrische Achse, die Hauptachse 24 des Getriebes.

Auf der Antriebswelle 20 ist eine Hülse 26 drehfest, jedoch axial verschiebbar angeordnet. Auf der Hülse 26 ist ein Antriebs-Laufring 28 befestigt und ein Antriebs-Führungsring 30 drehbar und axial verschiebbar gelagert. An den einander im wesentlichen axial gegenüberliegenden Flächen des Antriebs-Laufrings 28 und des Antriebs-Führungsrings 30 sind Kugelbahnen ausgebildet, auf denen Übertragungskugeln 32 laufen. Die Übertragungskugeln 32 sind durch einen ebenfalls auf der Hülse 26 angeordneten Kugalkäfig 34 in gleichmäßigen Winkelabständen gehalten.

An dem vom Antriebs-Laufring 28 entfernten Ende der Hülse 26 ist ein Druckring 36 befestigt, der den Antriebs-Führungsring 30 über Wälzkörper 38 abstützt. Die Wälzkörper 38 sind im dargestellten Beispiel als Kugeln ausgebildet und in einem Wälzkörperkäfig 40 gehalten, der an der von den Übertragungskugeln 32 abgewandten Seite des Antriebs-Führungsrings 30 gelagert ist. Zwischen dem Druckring 36 und dem Antriebs-Führungsring 30 ist außerdem ein Kraftspeicher 42 angeordnet, der im dargestellten Beispiel als Schrauben-Druckfeder· ausgebildet ist \md seine in Richtung der Hauptachse 24 wirkende Kraft über ein Wälzlager 44 auf den Antriebs-Führungsring 30 übertrügt, so daß dieser durch den Kraftspeicher nicht daran gehindert ist, sich in bezug auf den Druckring in einem bestimmten Winkelbereich zu drehen.

Im Gehäuse 12 ist ein Ahtriebs-Laufring 46 gelagert, in dem das innere Ende der Antriebswelle 20 gelagert ist. Der Abtriebs-Laufring 46 ist durch einen Abscherstift 48 drehfest mit der Ab-

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triebswelle 22 verbunden ist. Der Abtriebs-Lauf ring ist topfförmig ausgebildet, umschließt den Druckring 36 und den Antriebs-Führungsring 30'und weist im wesentlichen radial außerhalb der Kugelbahn des Antriebs-Führungsrings 30 ebenfalls eine Kugelbahn für die Übertragungskugeln 32 auf. Dein Abtriebs-Laufring 46 axial gegenüber ist ein Abtriebs-Führungsring 50 angeordnet, der im wesentlichen radial außerhalb der Kugelbahn des Antriebs-Lauf rings eine weitere Kugelbahn für die Übertragungskugeln 32 aufweist. Der Abtriebs-Führungsring 50 weist an seiner von den Übertragungskugeln 32 abgewandten Stirnseite in gleichmäßigen Drehwinkelabständen angeordnete Auflauframpen 52 auf, rait denen er sich an Rollen 54 abstützt, die in gleichmäßigen Drehwinkelabständen radial in bezug auf die Hauptachse 24 im Gehäusedeckel 16 gelagert sind. Der Abtriebs-Führungsring 50 weist ferner eine Schneckenradverzahnung 56 auf, in die eine im Gehäusemantel 14 gelagerte Schnecke 58 eingreift. Die Schnecke 58 läßt sich mit einem nicht dargestellten, an der Außenseite des Gehäuses 12 angeordneten Antrieb drehen; die Paarung der Schnecke 58 mit der Schneckenradverzahnung 56 ist aber selbsthemmend, so daß der Abtriebs-Führungsring 50 daran gehindert ist, sich in bezug auf das Gehäuse 12 zu drehen, solange die Schnecke 58 nicht gedreht wird.

Der Druckring 36 weist gemäß Fig.2 für jeden der in gleichmäßigen Winkelabständen angeordneten Wälzkörper 38 eine Auflauframpe 60 und eine spiegelbildlich dazu angeordnete Auflauframpo 60' auf; bei Rechtslauf dos Getriebes wirken die Wälzkörper 38 mit den Auflauframpen 60 zusammen, bei Linkslauf dagegen mit den Auflauframpen 60^f. Ist der Abtriebs-Führungsring 50 auf das kleinste Drehzahlverhältnis (n₂/n.j) _fflin eingestellt, so nimmt jeder der Wälzkörper 38 eine Stellung an oder in der Nähe der tiefsten Stelle seiner Auflauframpe 60 ein; ein Wälzkörper 38 in dieser Stellung ist in Fig.2 mit einem vollen Kreis angedeutet. Ist der Abtriebs-Führungsring 50 aber auf das größte Drehzahlverhältnis (n_o/n^) _m„_v eingestellt, so nimmt

c. ι max

jeder Wälzkörper 38, v/ie in F.g,2 mit einem gestrichelten Kreis angedeutet, eine Stellung weiter oben auf seiner Auflauframpe 60 ein. Die Auf lauf rampen 60, und ebenso die Auf lauf ram-

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pen 60', haben einen Steigungswinkel gT , der von der unteren Stellung zur oberen stetig zunimmt. Jede der Auflauframpen 60 und 60* ist über die für die Wälzkörper 38 bei normaler Belastung erreichbare obere Stellung hinaus um einen Bereich bzw. 62' verlängert,"in dem der Steigungswinkel ^*~ noch größer wird·

Das beschriebene Getriebe arbeitet folgendermaßen: Im Leerlauf des Getriebes genügt die vom Kraftspeicher 42 erzeugte Anpreßkraft, um das dabei am Abtriebs-Laufring 46 auftretende, säir geringe Drehmoment zu übertragen. Wird dem Getriebe ein Drehmoment abverlangt, so tritt zwischen dem Antriebs-Lauf ring 28 und dem Druckring 36 ein Differenznoment auf; die Wälzkörper 38 rollen Je nach Drehrichtung des Getriebes auf den Auflaufraupen 60 oder 60* nach oben; es entsteht eine Axialkraft, die umso größer ist, Je größer das abgenommene Drehi-ionent ist.

Die virtuelle Drehachse Jeder Übertragungskugel 32 liegt bei Abtriebsdrehzahl n₂ = 0 parallel zur Hauptachse 24 und bildet mit dieser einen wachsenden Winkel, Je größer das Verhältnis Hp/n^ der Abtriebsdrehzahl n~ zur Antriebsdrehzahl n,, eingestellt wird. Diese Einstellung geschieht dadurch, daß die Schnecke 58 und damit der Abtriebs-Führungsring 50 gedreht wird, wodurch dieser sicher infolge des Zusammenwirkens seiner Auflauframpen 50 mit den Rollen 54 längs der Hauptachse 24 verschiebt; die damit verbundene Verlagerung der Über— tragungskugeln 32 hat zur Folge, daß das Drehzahlverhältnis verändert wird.

Da der Steigungswinkel ^"In. den von den Wälzkörpern 38 bei niedrigem Drehzahlverhältnis n^/n.. eingenommenen Bereichen der Auflauframpen 60 bzw. 60' klein ist, steigt die Anpreßkraft mit zunehmendem Abtriebsdrehmoment stark an. Der stetig zunehmende Steigungswinkelff verhindert Jedoch, daß zu große Anpreßkräfte entstehen, die sich nachteilig auf die Lebensdauer des Getriebes auswirken würden. Im Bereich des größten ;Drehzahlverhältnisses (n₂/n,j) _max genügt eine verhältnismäßig

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geringe Überlastung und damit Verformung einzelner Getriebeteile, um die Wälzkörper 38 in die mit einem strichpunktierten Kreis angedeutete Stellung gelangen zu lassen, in der infolge des großen Y/inkels ^f"' nur noch ein begrenzter Zuwachs der Anpreßkraft und damit auch des übertragbaren Drehmoments möglich ist.

Die Auflauframpen 60 und/oder 60· könnten statt am Druckring 36 auch am Antriebs-Führungsring 30 angeordnet sein.

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Claims

Ansprüche

Mw Mechanischer Anpreßkraftregler für ein stufenlos einstell-Dares Kugelplanetengetriebe, bei dem in einem Gehäuse ein mit einer Antriebswelle drehfest verbundener Laufring, ein mit einer Abtriebswelle drehfest verbundener Laufring sowie, den Laufringen in einem veränderbaren axialen Abstand gegenüberstehend, je ein Führungsring gleichachsig angeordnet sind, und in einem von diesen vier Ringen begrenzten Ringraum Übertragungskugeln laufen, wobei der axiale Abstand zwischen Tem einen Laufring und dem zugehörigen Führungsring entsprsehend dem gewünschten Verhältnis zwischen Abtriebsdrehzahl n~ und Antriebsdrehzahl n^ mit einem Stelltrieb veränderbar ist und eine den zweiten Laufring und den zweiten Führungsring axial zueinander hin belastende Kraft vom Anpreßkraftregler erzeugt wird, der eine ringförmige Rampenfläche mit axial ansteigenden Auflauframpen, eine ringförmige Gegenfläche und dazwischen angeordnete Wälzkörper aufweist, wobei entweder die Rampenfläche oder die Gegenfläche an einem Druckring ausgebildet ist, der mit dem zweiten Laufring fest verbunden ist, und die Gegenfläche oder die Rampenfläche am zweiten Führungsring ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Steigungswinkel #*jeder Auflauframpe (60;60^f)» ausgehend von der Stelle, an welcher der zugehörige Wälzkörper (38) bei dem kleinsten einstellbaren Verhältnis n^/n* anliegt, stetig nach der Gleichung

2Γ « (1 + 15 Πζ/η^) F/R fgrad]

zunimmt, wobei F der Mittelpunktsabstand der Übertragungskugeln (32) von der Getriebehauptachse (24) und R der mittlere Radius der Auflauframpen (60;60') ist.

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2. Anpreßkraftregler nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -' zeichnet , daß die Auflauframpen (60;60^!) über die Stelle hinaus, an welcher der zugehörige Wälzkörper (38) bei dem größten einstellbaren Verhältnis n₂/n,j bei normaler Belastung anliegt, um einen Bereich (62;62^!) verlängert sind, in dem der Steigungswinkel 2Γ noch weiter ansteigt.
3. Anpreßkraftregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß jedem Wälzkörper (38) zwei {Spiegelbildlich angeordnete Auflauframpen (6O;6O^f) zugeordnet sind.
4. Anpreßkraftregler nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zv/ischen dem zweiten Führungsring (30) und dem Druckring (36) zum Erzeugen einer Anpreßkraft im Leerlauf des Getriebes ein Kraftspeicher (42) angeordnet ist«

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