DE2354193A1

DE2354193A1 - Reibradgetriebe

Info

Publication number: DE2354193A1
Application number: DE19732354193
Authority: DE
Inventors: Charles E Kraus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-11-16
Filing date: 1973-10-30
Publication date: 1974-07-18
Also published as: IT999242B; DE2354193C2; JPS5723140B2; FR2226046A5; CA999759A; GB1423586A; US3810398A; JPS4980462A

Description

Γ AT B N T A N WALX

DIPT,, ing. K. HOLZEB

AFGSBTJRa

PHIXJCPPrNK-WELSEK-SIKASSE 14

TELEPOVi 21875

B. 373

Augsburg, den 26.' Okt ober 19

Charles E, Kraus , 3602 Mt. BonneH. Rd., Austin,

Texas 78731, V.St.A.

Reibradgetriebe

Die Erfindung betrifft ein Reibradgetriebe mit koaxialen Antriebs- und Abtriebswellen, die einander gegenüberstehende, einen torusförmigen Zwischenraum umschließende. Reibscheiben aufweisen, wobei in dem Zwischenraum wenigstens zwei Reib rollen bezüglich der We 11 en achse symmetrisch angeordnet sind und mit den Reib-

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scheiben in Eingriff stehen.

Damit Reibradgetriebe dieser Bauart große Drehmomente bei hohen Geschwindigkeiten ohne frühzeitige Abnutzung übertragen können, sind die Reibrollen innerhalb der Mittelkreislinie des torusförmigen Zwischenraumes gelagert. Diese Anordnung verursacht relativ geringe Schleifers cheinungen an den Eingriffsflächen der Reib rollen und Reibscheiben, wodurch der Reibungskoeffizient relativ hoch, die Abnützung von Reibrollen und Reibscheiben jedoch relativ niedrig ist.

Die für den Eingriff zwischen Reibrollen und Reibscheiben erforderlichen Kräfte werden dadurch erzeugt, daß die Reibscheiben in Achsrichtung zusammengepreßt werden. Dadurch sind aber gleichzeitig auch die Reib rollen großen axialen Druckkräften ausgesetzt, die über Axial-Drucklager auf das Getriebegehäuse übertragen werden, wie es beispielsweise bei Getrieben der aus der US-PS 3 299 744 bekannten Art geschieht. Das Getriebegehäuse muß jedoch nicht nur die Lagerkräfte, sondern darüber hinaus auch noch von den ReibroIlen erzeugte Vibrationen aufnehmen. Außerdem verursachen die mit dem Gehäuse verbundenen Antriebe für die Änderung des Übersetzungsverhältnisses Vibrationen. Ferner verursachen Ungenauigkeiten in der Einstellung der Antriebe

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für die Änderung des ifoersetzungäverhäitnisses der verschiedenen Reibrollen Rüökschläge und ungedämpfte Schwingungen, die beim Betrieb der Getriebe stören.

Der vor 31 eg enden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde i ein Reibradgetriebe zu schaffen, bei dem die genannten Nachteile auf einfache Weise behoben sind.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist ein Reibradgetriebe der eingangs dargelegten allgemeinen Art gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Reibscheiben in Eingriff stehenden Reib rollen durch Spannglieder miteinander verbunden sind, welche sich im Zwischenraum zwischen den Reibscheiben befinden und die auf die Reib rollen ausgeübten Kräfte aufnehmen.

Dadurch gleichen sich die auf die Reib rolle η ausgeübten Kräfte, die im wesentlichen gleich, aber entgegengesetzt gerichtet sind, aus, ohne auf das Getriebegehäuse Übertragen zu werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der anliegenden Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch das

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Getriebe und die verschiedenen Ge triebe teile,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der

Linie II-II in Fig. 1, wobei die Spannteile zwischen den Reib rollen zu sehen sind,

Fig. 3 im Querschnitt die Schwenkanordnung

für die Reib rollen,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IWIV

in Fig. 3, und

Fig, 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V

in Fig. 2, wobei die Schwenksteueranordnung schematisch gezeigt ist.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, besteht das Reibradgetriebe aus einem Gehäuse 10 mit einem Mittelteil 13 und damit verbundenen Antriebs- und Abtriebsgehäuseteilen 11 und 12, Die Gehäuseteile 11, 12 und 13 sind durch Spannbolzen 14 miteinander verbunden. Koaxiale Antriebs- und Abtriebswellen 15 und 16 sind in den Antriebs- und Abtriebs-

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gehäuseteilen 11 und 12 und an ihren inneren Enden^ in Lagern 19 und 2Q gelagert.

Die Antriebswelle 15 trägt eine Antriebsreibscheibe und die Abtriebswelle 16 trägt eine Abtriebsreibscheibe 22, die gegenüber der Antriebs reibscheibe 21 angeordnet ist. Die Reibscheiben 21 und 22 weisen einander gegenüberliegende Reibflächen 2 3 und 24 auf, die zusammen einen torusförmigen Raum umschließen, in welchem Reib rollen 25 und 26 so angeordnet sind, daß sie mit den Reibscheiben 21 und 22 zwecks übertragung von Drehbewegungen zwischen Antriebs- und Abtriebswellen 15 und Ί6 in Eingriff stehen. Die Reibrollen 25 und 26 sind mittels eines Lagers 2 7 auf einem von einem Tragarm 29 gehaltenen Lagerzapfen 2 8 drehbar. Der Lagerzapfen 2 8 hat exzentrische Endteile 30 und 40, so daß sich die ReibroIlen zu ihren Achsen senkrechter Richtung etwas bewegen lassen, wenn dies für einen festen Eingriff mit den An- und Abtriebsscheiben nötig ist. In Axialrichtung sind die Reibrollen durch axiale Drucklager und Dichtanordnungen abgestützt.

Die Ab trieb s reib scheibe 22 ist auf einem Axialdruckglied 32 montiert _p das mit der Abtriebswelle 16 fest verbunden

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ist„ Zwischen dem Axialdruckglied 32 und dem Gehäuseteil 12 befindet sich ein abdichtendes Axial drucklager 34 , welches das Axialdruckglied 32 und damit die Abtriebsreibscheibe 22 in Achsrichtung abstützt.

Die Antriebsreibscheibe 21 ist auf ein zweites Axialdruckglied 33 montiert, das auf der Antriebswelle frei drehbar gelagert ist und zusammen mit der Axialdruckplatte 35 eine Axialnockenanordnung 37 bildet, durch welche äle Antrieb s reib scheibe 21 gegen die Abtriebsreibscheibe und beide Reibscheiben in Eingriff mit den Reibrollen gepreßt werden, wenn ein Drehmoment durch das Getriebe übertragen wird. Auf der dem Axialdruckglied 33 zugekehrten Seite hat die Axial druckplatte 35 Nocken 41, so daß zwischen dem Axialdruckglied 33 und den Nocken 4l angeordnete Rollen 43 dazwischen eingekeilt werden, wenn die Antriebswelle gedreht wird. Die Rollen 43 werden durch einen Käfig in ihrer gewünschten Lage gehalten.

Die Axialdruckplatte 35 ist fest mit der Antriebswelle 15 verbunden und in Achsrichtung durch ein hydraulisches Axzaldrucklager 39 abgestützt, das sich zwischen der Axialdruckplatte 35 und dem Gehäuseteil 11 befindet. Hydraulische Druckflüssigkeit wird beiden Axial drucklagern

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und 3¹I durch Kanäle 36 zugeführt, von denen in Pig. I jedoch nur einer für das Lager 34 gezeigt ist.

Die Anordnung der drehbaren Tragarme 29 für die Reibrollen 25 und 26 ist am besten in Fig. 2 gezeigt. Die Reib rollen 25 und 26 sind im Gehäuse 10 mittels Schwenkwellen 50 und 51 gelagert, die zur Bildung des Tragarmes gekröpft sind. Die Schwenkwellen 50 und 5I sind bezüglich der Antriebs- und Abtriebswellenachse symmetrisch angeordnet, so daß zwei Reibrollen einander diametral gegenüberliegen. Die Schwenkwellen 50 und 51 der diametral einander gegenüberliegenden Reibrollen sind in Radiallagern 52 gelagert, die von die Schwenkwellen miteinander verbindenden Spanngliedern 53 und 54 getragen werden. Die Spannglieder und 54 nehmen die auf die gegenüberliegenden Reibrollen durch die Berührungskräfte der Reibrollen 25 und 26 ausgeübten Axialkräfte auf. Die Berührungskräfte beider einander gegenüberliegenden Kräfte sind einander gleich, jedock einander entgegengesetzt gerichtet und werden deshalb durch die Spannglieder 53 und 54 ausgeglichen, ohne auf das Getriebegehäuse übertragen zu werden, welches deshalb geringeren Spannungen und Vibrationen unterworfen ist.

Die Spännglieder 53 und 54 bestehen vorzugsweise aus

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lamellenartig zusammengesetzten Blättern aus Stahl und Kunststoff. Sie sind in ihrer Mitte mittels Bolzen 55 und derart am Getriebegehäuse 10 befestigt, daß die Reibrollen und 26 in Achsrichtung der Schwenkwellen 50 und 51 leicht bewegbar sind,

Das übersetzungsverhältnis wird, wie bei derartigen Getrieben üblich, durch Schwenken der Schwenkwellen 50 und verstellt, wobei sich die Berührungskreise der Reibscheiben und 22 mit den Reib rollen 25 und 26 ändern. In der hier gezeigten Anordnung wird ein Wechsel des Übersetzungsverhältnisses jedoch durch Zusammenwirken eines in einem Gehäuse 58 angeordneten Drehkolbens 62 (Fig. 4) und einem in einem Zylinder 60 angeordneten mit der Schwenkwelle 50 verbundenen Kolben 78 (Fig. 3) verursacht. Das Gehäuse 58 des Drehkolbens 62 ist dabei mit einem der Spannglieder 54 verbunden und in Achsrichtung mit diesem zusammen bewegbar, während der Zylinder 60 ein Teil des Getriebegehäuses ist. Die Anordnung ist für beide Schwenkwellen gleich, und es wird daher nur eine der Schwenkwellen mit Bezug auf die Fig, 3 und 4 beschrieben.

Das mit dem Spannglied 5^ verbundene Drehkolbengehäuse trägt auch das Schwenklager 52 für die Schwenkwelle 50. Der

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Drehkolben 62 ist durch Nut und Feder 64 fest mit der Schwenkwelle 50 verbunden. Wie in Fig. 4 gezeigt, besitzt der Drehkölben 62 in einer Nut 68 eine durch Federkraft an die Zylinderwand angepreßte Dichtleiste 66, welche die zu beiden Seiten des Kolbens gebildeten'Zylinderkammern 69 und 70 gegeneinander abdichtet. Eine gleiche Dichtleiste befindet sich in einer Nut 72 im Gehäuse 58. Die Kammern und 70 können durch Radialkanäle 73 und 74 und Axialkanäle und 76 in der Schwenkwelle 50 mit Druckflüssigkeit versorgt werden. . _;

Die Schwenkwelle 50 erstreckt sich in einen am Gehäuse gebildeten Zylinder 80 und trägt einen im Zylinder 80 bewegbaren Kolben 78« Zu beiden Seiten des Kolbens 78 kann dem Zylinder 80 durch öffnungen 81 und 82 Druckflüssigkeit zugeführt werden, wenn eine' Äxialbewegung der Schwenkwelle zum Ändern des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes erwünscht ist.

Die Zylinderkammer 83 auf einer Seite des Kolbens 78 ist hydraulisch mit der Kammer 69 auf einer Seite des Drehkolbens 62 verbunden und die Zylinderkammer 85 auf der anderen Seite des Kolbens 78 ist hydraulisch mit der Kammer 70 auf der anderen Seite des Drehkolbens verbunden.

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Infolgedessen wird durch Zugabe von Druckflüssigkeit z.B. zur Zylinderkammer 84 auch die.Kammer 69 unter Druck
gesetzt, so daß die Schwenkwelle 50 nicht nur in Axialrichtung etwas nach innen verschoben wird, sondern daß
gleichzeitig auch eine Schwenkkraft auf sie ausgeübt wird, die zusammen mit der Axialverschiebung der Schwenkwelle eine änderung des Übersetzungsverhältnisses verursacht.

Die Bewegung der Schwenkwelle 50 in Axialrichtung ist praktisch reibungsfrei, da die Spannglieder solche Axialbewegungen ohne Widerstand zulassen. Eine axiale Verschiebung der Schwenkwelle verändert jedoch die Berührungskreise der Reibrollen mit den Reibscheiben und verursacht dadurch die Änderung des Übersetzungsverhältnisses.

Die Welle 50 ist ferner mit einer Bohrung 85 versehen, durch die Druckflüssigkeit zum Axialdrucklager der von der Welle 50 getragenen. Reibrolle 25 geleitet wird. Der Bohrung wird Druckflüssigkeit durch einen Einlaß 86 von einer
alle Druckflüssigkeitsverbrauchern versorgenden Druckflüssigkeitsquelle zugeführt. Die Zuleitung von Druckflüssigkeit zu den Zylinderkammern 83_S 84 auf gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 78 wird durch ein Steuerventil 100 (Pig· 5) gesteuert, das über ein Gestänge mit einem auf der

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Welle 50 aufgebrachten Hebel 88 verbunden ist. Druckleitungen, die in der Zeichnung nicht gezeigt sind, verbinden die Eintritts öffnungen 81 und 82 (Fig. 3) mit dem Regelventil 100. Das Regelventil 100 ist in Fig. 5 nur schema tisch gezeigt, da es von üblicher Bauart ist. Es spricht auf den Druck einer Steuerflüssigkeit in einem Steuerzylinder 101 an, der einen von einer Feder 103 vorgespannten Kolben 102 aufweist. Die Kolbenstange 104, die innerhalb des Steuerzylinders den Kolben 102 trägt, ist'an ihrem freien Ende außerhalb des Steuerzylinders 101 durch ein Gestänge mit einem Ende eines Ventilhebels 106 gekuppelt, der an seinem anderen Ende durch ein Gestänge 107 mit dem auf der Schwenkwelle 50 angebrachten Hebel 88 verbunden ist. Das Mittelstück des Ventilhebels 106 ist an die Ventilstange 108 eines Steuerventils 109 angelenkt, das den Druck in den Zylinderkammern 83 und 84 in Abhängigkeit von der Stellung des Hebels 88 und der Lage des Kolbens 102 reguliert. Die Lage des Kolbens 102 ist vom Druck einer dem Zylinder 101 über die öffnung 110 zugeleiteten Steuerflüssigkeit abhängig, wobei der Druck der Steuerflüssigkeit beispielsweise von einem Geschwindigkeitsregler vorgegeben wird. Für drehmoment- oder lastabhängige Regelung kann der Druck der Steuerflüssigkeit proportional den Tangentialkräften an den Reibrollen gehalten werden, da diese Kräfte durch den Druck-

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unterschied zwischen der Flüssigkeit auf beiden Seiten des Drehkolbens 78 ausgeglichen werden.

Das Reibradgetriebe ait»extet folgendermaßen:

Beim Drehen der Antriebswelle 15 wird die Antriebsreib scheibe 21 von der Axi alno cken anordn ung 37 in Richtung der Ab trieb s reib scheibe 22 gepreßt, wobei die beiden Reib-

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scheiben in festem Eingriff mit den dazwischen befindlichen Reib rollen 25 und 26 gebracht werden. Beim Drehen der Antriebsreibscheibe 21 in der einen Richtung dreht sich die Ab trieb s reib scheibe mit einer von der Stellung der Schwenkwelle 50 abhängigen Geschwindigkeit in der Gegenrichtung. Durch das Zusammenpressen der beiden Reibs eheiben wirken auf die Reibrollen^ große, einander entgegengesetzte Kräfte, die von den Schwenkwellen 50 und 51 aufgenommen und über die Spannglieder 53 und 54 ausgeglichen werden, ohne das Getriebegehäuse zu belasten.

Wenn die Reibrollen in festem Eingriff mit den Reibscheiben stehen, kann die Schwenkwelle 50 durch leichte Verschiebung in Achsrichtung geschwenkt werden. Wenn die Schwenkwelle in Achsrichtung verschoben wird, werden die Reibrollen aus ihrer Gleichgewichtslage bewegt und beginnen

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sich im Sinne einer Vergrößerung des Berührungskreises mit einer der Reibscheiben und im Sinne einer Verkleinerung des Berührungskreises mit der anderen Reibscheibe .zu verschieben « Dies ändert auch die Winkelstellung des Hebels 88, wobei das Steuerventil so eingestellt wird, daß die Schwenkwelle in Achsrichtung zurück in ihre Qlei-ehgewichtsstellung gebracht wird, wobei die Reibrollen jedoch auf den momentanen Berührungskreisen mit den Reibscheiben verbleiben, so daß das neue übersetzungsverhältnis erhalten bleibt»

Wie angedeutet, gleichen die Spannglieder 53_S 5.4' die auf die Schwenkwellen wirkenden Radialkräfte der Reibrolleh aus* Sie nehmen darüber hinaus .gVedoeh auch Vibrationen der Reibrollen auf und dämpfen sie, ohne sie auf das Gehäuse zu übertragen« Außerdem ermöglichen die Spannglieder fast reibungslose Axial verschiebungen der Schwenkwellen, so daß das übersetzungsverhältnis des Getriebes selbst bei hoher Belastung leicht veränderbar ist.

Ein durch das Getriebe übertragenes Drehmoment übt auf die Reibrollen Reaktionskrjifte parallel zur Schwenkwellenachse. aus. Diese auf die Schwenkwelle wirkenden Axialkräfte werden vom Kolben 78 der Schwenkwelle aufgenommen

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und durch einen Druckunterschied der Druckflüssigkeit In den Zylinderkammern 83 und 84 ausgeglichen, wobei der Druckunterschied in Abhängigkeit von dem äurca die Heibrollen übertragenen Drehmoment ,eingestellt wird« Derselbe Druckunterschied wird zwischen den Kammern 6S νχιά ?O auf entgegengesetzten Seiten des Drehkolbens 73 aufrechterhalten, um. die Reibrollen in ihrer gemischten Lage zu halten und um Reibung verursachendes Abgleiten an den Berührung»flächen zwischen Reibrollen und Reibscheiben zu verhindern«

Die Erfindung ist jedoch nicht auf das besehtüoLeisene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann die Rirtxnüüng auch. bei Getrieben mit mehr als einem Paar gegenüberliegender Reib ro 11 en Anwendung finden«

Außerdem können die Schwenkwellen natürlich! auf mechanische Weise miteinander gekuppelt sein oder eine unabhängige Regeleinrichtung kann für jede der Sc&wertkwellen vorgesehen sein, wobei jede Regeleinrichtung mit dem gleichen Steuersignal versorgt wird. Das Steuersignal kanu ferner ein elektrisches Signal sein oder der SteuerventiUsebel kann mechanisch betätigt werden.

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Claims

Patent ansp rüehe

IJ Reibradgetriebe mit koaxialen Antriebs- und Jibtriebswellens die einander gegenüberstehendes einen torusföEinigen Zwischenraum umschließende Reibscheiben aufweisen₉ wobei in dem Zwischenraum wenigstens zwei Reibrollen bezüglich äer Wellenachse symmetrisch angeordnet sind und sät den Reibscheiben in Eingriff' stehen, dadurch gekennzeichnet., daß die mit den Reibscheiben (21, 22) in

Eingriff stehenden Heibrollen (25_S 26) durch Spannglieder (53, 54) miteinander verbunden sind, welche sich im Zwischenraum zwischen den Reibseheiben befinden und die auf die Reibrollen ausgeübten Kräfte aufnehmen.
2. Reibradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannglieder (53₅ 54) aus blattförmigen, zum Zwecke der Vibrations dämpf ung lamellenartig zusammengesetzten Stahl- und Kunststoffs chichten bestehen.

3, Reibradgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe in einem Gehäuse (11, 12, 13) angeordnet ist und daß die Spannglieder (53» 54) am Gehäuse befestigt sind.

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4, Reibradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet;, daß die Reibrollen (25, 26) jeweils auf einer mit Bezug auf die Antriebswellenaehse achssenkrechte Schwenkwelle (50) gelagert und zwecks Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes axial verschiebbar sind.

5, Reibradgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkwelle (50) zwecks axialer Verschiebbarkeit mit einem in einem Zylinder (80) angeordneten, beidseitig mit Druckflüssigkeit beaufschlagbaren Kolben gekuppelt ist und einen Drehkolben (62) trägt, der in einem an den Spanngliedern befestigten Kolbengehäuse (58) angeordnet ist, und daß die beiderseits des Drehkolbens liegenden Kammern (69, 70) mit entgegengesetzten Seiten des Zylin;ders (80) in Verbindung stehen.

6, Reibradgetriebe nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Steuerventil (109) zur Einstellung des Drucks der Druckflüssigkeit im Zylinder (80) und im Drehkolbengehäuse (58), ferner durch eine Anordnung (101 ... 108) zum Betätigen des Steuerventils (109) zum Schwenken der Schwenkwelle (50) und durch eine mit der Schwenkwelle (50)

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verbundene Einrichtung (88₉ 107* 106) zum Beenden der

Schwenkbexuegungj wenn das gewünschte übersetzungsverhältnis

eingestellt ist» ■ .'--'-

7β Reibradgetriebe nach Anspruch- 6_S dadurch gekenn-

zeichnets daß die Schwenkwelle (50).einen Schwenkarm (88) trägtρ daß ferner ein Ventilhebel (106) mit dem Schwenkarm (88) und mit dem Steuerventil (109) gekuppelt ist und daß die Anordnung zum Betätigen des Steuerventils ein durch eine Feder (103) vorgespannter Kolben (102) ist₉ der außer dem mit dem Ventilhebel (106) gekuppelt und durch ein Drucksignal entgegen der Federkraft bewegbar ist.

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