DE2532292C2

DE2532292C2 - Torque-dependent, mechanical pressure device for planetary friction gears

Info

Publication number: DE2532292C2
Application number: DE19752532292
Authority: DE
Inventors: Heinrich Huber Wolfgang 8000 München Tippmann
Original assignee: Ausscheidung in 25 59 437 Hans Heynau GmbH, 8000 München
Filing date: 1975-07-18
Publication date: 1977-08-25

Description

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Umlaufgetriebe haben unter anderem den Zweck, extrem hohe Untersetzungen mit wenigen Rädern zu ermöglichen. Mit stufenlos einstellbaren Reibradgetrieben können, wie schon der Name sagt, verschiedene Ausgangsdrehzahlen bei konstanter Eingangsdrehzahl oder umgekehrt eingestellt werden.Epicyclic gears have, among other things, the purpose of achieving extremely high gear ratios with just a few wheels enable. With continuously adjustable friction wheel gears, as the name suggests, various Output speeds can be set at constant input speed or vice versa.

In der DT-PS 3 74 112 wird ein stufenlos verstellbares Reibradgetriebe beschrieben, bei dem die Planetenräder zwei ballige Laufflächen aufweisen und ausschließlich durch Fliehkraft an die Innenflächen zweier äußerer Zentralräder angedrückt werden. Dadurch sind extrem hohe Antriebsdrehzahlen erforderlich, um akzeptable Abtriebsdrehmomente zu erhalten. Auch fehlt eine vorteilhafte Ausnützung der Kräftezerlegung durch Keilwirkung. Bei den veischiedenen Ausführungsformen wird die Achse der Planetenräder zur Übersetzungsänderung nicht parallel verschoben, sondern gekippt, weshalb die balligen Laufflächen unbedingt erforderlich sind. Diese Art der Verstellung ist nur für Anpreßkräfte mittels Fliehkräfte ausreichend; sie eignet sich nicht für Getriebe mit nur einem Umlaufrad, bei dem die Umlaufachse parallel verschoben wird.In the DT-PS 3 74 112 a continuously adjustable Friction gear described in which the planet gears have two spherical running surfaces and exclusively are pressed against the inner surfaces of two outer central gears by centrifugal force. This is extreme high input speeds are required to obtain acceptable output torques. One is also missing advantageous use of the decomposition of forces through wedge effect. In the various embodiments the axis of the planetary gears is not shifted parallel to change the gear ratio, but tilted, which is why the spherical running surfaces are absolutely necessary. This type of adjustment is only for Sufficient contact pressure by means of centrifugal forces; it is not suitable for gearboxes with only one planetary gear which the axis of rotation is shifted in parallel.

Die DT-AS 12 31080 zeigt ein solches stufenlos verstellbares Reibrad-Umlaufgetriebe, bei dem das einzige Umlaufrad radial verschiebbar angeordnet ist und kegelförmig ausgebildete Reibflächen besitzt, jedoch soll dort die erforderliche Anpreßkraft auch von Federn, hydraulischen oder elektrischen Einrichtungen aufgebracht werden, also nicht nur zwangsläufig mechanisch in Abhängigkeit von der Drehzahl der Antriebswelle.The DT-AS 12 31 080 shows such a continuously adjustable friction-wheel epicyclic gear, in which the single planet wheel is arranged to be radially displaceable and has conical friction surfaces, however, there should also be the required contact pressure from springs, hydraulic or electrical devices be applied, so not only inevitably mechanically depending on the speed of the Drive shaft.

Mechanische, drehmomentabhängige Anpreßvorrichtungen sind bereits bekannt, So ist durch dia GB-PS 12 83 375 eine mechanische Anpreßvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bekanntgeworden, bei der auf der Antriebswelle dieses Getriebes ein Nocken mit in beiden Drehrichtungen wirksamen Kurven angebracht ist. Je nach Drehrichtung drückt eine dieser Kurven auf die Achse eines Zwischenrades, das auf der Innenseite eines Umlaufrades unter Reibungsschluß abläuft, das wiederum in einem zylindrischen Außenring unter Reibungsschluß umläuft. Der Antrieb solcher hochuntersetzender Getriebe erfoigt in der Regel über schnell laufende Elektromotore mit entsprechend niedrigem Drehmoment. Dabei zeigt sich die Anordnung mit einem zwischengeschalteten Rad aufwendig und möglicherweise unzuverlässig, da die Drehzahl des zwischengeschalteten Rades sehr hoch ist Auch kann dabei ein unzulässig hoher Geräuschpegel entstehen.Mechanical, torque-dependent pressing devices are already known, for example through GB-PS 12 83 375 a mechanical pressing device according to the preamble of claim 1 has become known, in which a cam is active in both directions of rotation on the drive shaft of this gear Curves is appropriate. Depending on the direction of rotation, one of these curves presses on the axis of an intermediate gear, which runs on the inside of a planetary gear with frictional engagement, which in turn in a the cylindrical outer ring rotates with frictional engagement. The drive of such high reduction gears This is usually done using high-speed electric motors with a correspondingly low torque. Included if the arrangement with an interposed wheel is complex and possibly unreliable, since the speed of the interposed wheel is very high, an impermissibly high speed can also be achieved Noise levels arise.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anpreßvorrichtung einfach im Aufbau und zuverlässig im Betrieb zu gestalten.The invention is based on the object of making the pressing device simple in construction and reliable to be designed in the company.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Dabei ist eine Zwischenschaltung von zusätzlichen Laufrollen nicht erforderlich, so daß mit wenigen Bauelementen ausgekommen werden kann.This object is achieved by the measures specified in the characterizing part of claim 1. An interposition of additional rollers is not necessary, so that with a few Components can be managed.

Vorteilhafte, an sich bekannte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Patentanspruches 1 sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Advantageous, known embodiments of the subject matter of claim 1 are the Refer to subclaims.

Bei einer bekannten Anpreßvorrichtung für ein Reibrad (DT-PS 5 32 053) sind die Anpreßkurven unmittelbar an der Antriebswelle vorgesehen, wodurch sich kleine Hebelarme ergeben. Jedoch wirken dort mehrere am Umfang verteilte Kurven in Gestalt von Nocken gleichzeitig auf entsprechende Zwischenkörper als Klemmelemente, wie Kugeln, Rollen oder keilförmige Elemente. Von diesen wird die resultierende Druckkraft auf die zylindrische Innenfläche eines Außenringes unter Reibschluß weitergeleitet. Da, wie bereits erwähnt, mehrere Kurven am Umfang verteilt sind, heben sich in bezug auf den Außenring die Radialkräfte gegenseitig auf, und der Außenring wird in eine zentrische Lage gedrückt. Dadurch, daß zwischen den Zwischenkörpern und dem Außenring nur dessen glatte, zylindrische Innenfläche vorhanden ist, kann das Ausgangsdrehmoment den Wert F χ μ nicht überschreiten (F = Anpreßkraft, μ = Reibungszahl). Auch ist die Anordnung der Zwischenkörper bei dieser bekannten Anpreßvorrichtung unbedingt erforderlich, da am Gegenstück (Außenring) Angriffsflächen für die auf der Antriebswelle angeordneten Anpreßkurven fehlen. Bei einer Anordnung mit den Anpreßkurven auf dem Außenring fehlen dann selbstverständlich die Kurven am Innenring und dieser ist außen zylindrisch glatt.In a known pressure device for a friction wheel (DT-PS 5 32 053), the pressure curves are provided directly on the drive shaft, which results in small lever arms. However, there several curves distributed around the circumference in the form of cams act simultaneously on corresponding intermediate bodies as clamping elements, such as balls, rollers or wedge-shaped elements. From these, the resulting compressive force is passed on to the cylindrical inner surface of an outer ring with frictional engagement. Since, as already mentioned, several curves are distributed around the circumference, the radial forces cancel each other out with respect to the outer ring, and the outer ring is pressed into a central position. Because there is only its smooth, cylindrical inner surface between the intermediate bodies and the outer ring, the output torque cannot exceed the value F χ μ (F = contact pressure, μ = coefficient of friction). The arrangement of the intermediate bodies is also absolutely necessary in this known pressing device, since there are no contact surfaces on the counterpart (outer ring) for the pressing curves arranged on the drive shaft. In the case of an arrangement with the pressure curves on the outer ring, the curves on the inner ring are then of course missing and the inner ring is cylindrically smooth on the outside.

Anpreßvorrichtungen, die die Umfangskraft einer sich um ihre Achse drehenden Welle ganz oder teilweise in eine axial wirkende Anpreßkraft umwandeln, sind ebenfalls schon langer bekannt und beispielsweise in der DT-AS 22 19 238 beschrieben. Auch bei dieser Art von Anpreßvorrichtungen sind mindestens zwei parallel angeordnete Kurven erforderlich, um zentral wirkende Axialkräfte zu erzeugen. Sie ist nicht geeignet, in Reibrad-Umlaufgetrieben eingesetzt zu werden.Pressure devices that partially or completely reduce the circumferential force of a shaft rotating around its axis convert into an axially acting contact pressure are also known for a long time and, for example, in the DT-AS 22 19 238 described. Even with this type of Pressure devices are required at least two parallel arranged curves in order to act centrally To generate axial forces. It is not suitable for use in epicyclic friction gears.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen anhand von Beispielen dargestellt. In den Zeichnungen zeigtThe invention is illustrated in the drawings using examples. In the drawings shows

F i g. I einen Schnitt durch eine Anpreßvorrichtung nach der Erfindung, bei dem die Kurve ais Nocken auf der Antriebswelle angeordnet ist,F i g. I a section through a pressing device according to the invention, in which the curve as a cam the drive shaft is arranged,

F i g. 2 einen Schnitt durch eine Anpreßvorrichtung, bei dem ein Teil der Umlaufwelle die Form der Kurve aufweist,F i g. 2 shows a section through a pressing device in which part of the rotating shaft has the shape of the curve having,

Fig.3 als Anwendungsbeispiel ein Reibungsgetriebe mit einem Umlaufrad und eingebauter Anpreßvorrich- ίο tung nach der Erfindung, geschnitten dargestellt.Fig. 3 as an application example, a friction gear with a rotating wheel and built-in pressure device ίο device according to the invention, shown in section.

In Fig. 1 wird das Antriebsdrehmoment von der Antriebswelle 1 über den Nocken 3, der hier die Form der Kurve 2 aufweist, direkt auf die Welle 4 des Umlaufrades 7 übertragen. Der Nocken 3 ist spiegelbildlieh ausgeführt und somit für beide Drehrichtungen verwendbar. Er ist mit der Antriebswelle 1 fest verbunden oder mit dieser aus einem Stück hergestellt. Die Kurve 2 des Nockens 3 hat vorzugsweise die Form einer Spirale. Bei einer logarithmischen Spirale ist der Steigungswinkel immer gleich, jedoch sind auch angenäherte Kurven, die leichter herstellbar sind, verwendbar. Die Umlaufwelle 4 kann aus fertigungstechnischen Gründen mit dem gehärteten Gegenstück 5 ausgestattet werden. An der Berührungsstelle 6 des Kurvenpaares 2/5 wird das Eingangsdrehmoment mit dem gegebenen Hebelarm a und der daraus resultierenden Normalkraft N von der Antriebswelle t abgenommen und in die Umfangskraft U mit dem Hebelarm 1 und die Anpreßkraft P mit dem Hebelarm »Null« jo zerlegt. Die Kräfte müssen nicht genau der in F i g. 1 und 2 dargestellten Richtung im Kräfteparallelogramm entsprechen, sondern können etwas davon abweichen.In FIG. 1, the drive torque is transmitted from the drive shaft 1 via the cam 3, which here has the shape of the curve 2, directly to the shaft 4 of the planetary gear 7. The cam 3 is designed as a mirror image and can therefore be used for both directions of rotation. It is firmly connected to the drive shaft 1 or made in one piece with it. The curve 2 of the cam 3 is preferably in the form of a spiral. In the case of a logarithmic spiral, the pitch angle is always the same, but approximated curves, which are easier to produce, can also be used. For manufacturing reasons, the rotating shaft 4 can be equipped with the hardened counterpart 5. At the contact point 6 of the pair of curves 2/5, the input torque with the given lever arm a and the resulting normal force N is taken from the drive shaft t and broken down into the circumferential force U with the lever arm 1 and the contact force P with the lever arm "zero" jo. The forces do not have to be exactly as shown in FIG. 1 and 2 correspond to the direction shown in the parallelogram of forces, but may differ somewhat.

Die Anpreßkraft P drückt das Umlaufrad 7, das mittels Lager 8 auf der Umlaufwelle 4 gelagert ist an das hier beispielsweise als feststehend angenommene äußere Zentralrad 9 an. Die Antriebswelle 1 und das äußere Zentralrad 9 haben den gemeinsamen Mittelpunkt Mi. Die Umfangskraft U bewirkt, daß das Urnlaufrad 7 mit dem Mittelpunkt Mi im Abstand b um den Mittelpunkt Mi umläuft, dabei rollt der Außenumfang 10 des Umlaufrades 7 am Innenumfang 11 des äußeren Zentralrades 9 ab.The pressing force P presses the planetary wheel 7, which is mounted on the rotating shaft 4 by means of bearings 8, against the outer central wheel 9, assumed here, for example, to be stationary. The drive shaft 1 and the outer central wheel 9 have the common center Mi. The circumferential force U causes the impeller 7 to rotate with the center Mi at a distance b around the center Mi, while the outer circumference 10 of the planetary wheel 7 rolls on the inner circumference 11 of the outer central wheel 9 from.

Die mathematischen Zusammenhänge, die die Übersetzung bestimmen, sind bekannt. Für eine bessere Führung der Umlaufwelle 4 auf der Antriebswelle 1 können seitliche Führungsflächen 12 vorgesehen werden. The mathematical relationships that determine the translation are known. For a better one Lateral guide surfaces 12 can be provided to guide the rotating shaft 4 on the drive shaft 1.

Der die Größe der Normalkraft N bestimmende Hebelarm a hängt von dem Steigungswinkel der Kurve 2 und der Größe des Hebelarmes 1 ab. Dem Steigungswinkel der Kurve 2 sind aus Gründen der Selbsthemmung nach unten Grenzen gesetzt, so daß der Hebelarm 1 so klein als möglich gehalten werden muß, um eine möglichst große Normalkraft N und somit eine möglichst große Anpreßkraft P für den Reibkontakt zwischen Umlaufrad 7 und äußerem Zentralrad 9 zu erzielen.The lever arm a , which determines the size of the normal force N , depends on the slope angle of curve 2 and the size of lever arm 1. The slope angle of the curve 2 is limited for reasons of self-locking, so that the lever arm 1 must be kept as small as possible to generate the greatest possible normal force N and thus the greatest possible contact pressure P for the frictional contact between planetary gear 7 and the outer central gear 9 to achieve.

F i g. 2 zeigt, wie bei einer aus Festigkeitsgründen nicht unterschreitbaren Größe des Durchmessers der Antriebswelle 1 der Hebelarm 1 noch kleiner gewählt werden kann; es wurden beim Kurvenpaar 2/5 die Kurve 2 und das Gegenstück 5 vertauscht. Das Gegenstück 5 kann verhältnismäßig einfach in der Antriebswelle 1 befestigt werden, während die Kurve 2 einen Teil der Umlaufwelle 4 darstellt und /.. B. mittels Profilschleifscheibe einfach bearbeitet werden kann.F i g. 2 shows how, for reasons of strength, the size of the diameter of the Drive shaft 1 of the lever arm 1 can be chosen to be even smaller; with the pair of curves 2/5 the Curve 2 and the counterpart 5 interchanged. The counterpart 5 can be relatively easy in the Drive shaft 1 are attached, while the curve 2 is part of the rotating shaft 4 and / .. B. means Profile grinding wheel can be processed easily.

Die Kurve 2 des Nockens 3 in Fig. 1 kann auch ähnlich wie in Fig.2 in eine ausgesparte Antriebswelle 1 eingesetzt werden, wozu jedoch ein gewisser fertigungstechnischer Aufwand erforderlich ist.The curve 2 of the cam 3 in FIG. 1 can also be inserted into a recessed drive shaft in a manner similar to that in FIG 1 can be used, for which, however, a certain manufacturing effort is required.

Diese Anpreßvorrichtung ist für ein- und zweistufige Reibungsgetriebe mit einem Umlaufrad pro Umlaufebene geeignet.This pressing device is for one- and two-stage Friction gear is suitable with one planet wheel per revolution plane.

Wird der Laufdurchmesser mindestens eines Rades (Umlaufrad oder/und äußeres Zentralrad) verändert, verschiebt sich das Gegenstück 5 entlang der Kurve 2 bei gleichzeitiger Verdrehung der Antriebswelle 1 gegenüber der Umlaufwelle 4 so lange, bis zwischen Umlaufrad 7 und äußerem Zentralrad 9 wieder Reibschluß hergestellt ist. Diese Veränderung des Durchmesserverhältnisses hat eine Änderung der Übersetzung zur Folge. Erfolgt die Änderung des Raddurchmessers stufenlos, dann ändert sich auch die Übersetzung stufenlos.If the running diameter of at least one wheel (planet wheel and / or outer central wheel) is changed, the counterpart 5 moves along the curve 2 with simultaneous rotation of the drive shaft 1 in relation to the rotating shaft 4 until again between the rotating wheel 7 and the outer central wheel 9 Frictional engagement is established. This change in the diameter ratio has a change in the Translation result. If the wheel diameter changes continuously, then the changes too Stepless translation.

Fig. 3 zeigt im Schnitt als Anwendungsbeispiel für die erfindungsgemäße Anpreßvorrichtung ein einstufiges Getriebe mit festem äußerem Zentralrad 9. Die Antriebswelle 1 ist im Gehäuse 15 miteis der beiden Wälzlager 16 gelagert. Das Gegenstück 5 ist in der Antriebswelle 1 befestigt und wirkt mit der Kurve 2 (in F i g. 3 nicht sichtbar), die in der in F i g. 2 dargestellten Weise in die Umlaufwelle 4 eingeschliffen ist, zusammen. Zwischen dem Lager 8 und dem Umlaufrad 7 ist die Abtriebsglocke 17 mit Abtriebswelle 18 angebracht. Der Abtrieb erfolgt entsprechend dem Abstand b der beiden Mittellinien M\ und M₂ exzentrisch. Er kann auf bekannte Weise, wie z. B. Kreuzgelenke, hohle Gelenkwellenkupplungen oder den Achsversatz ausgleichende Kupplungen wieder in eine zentrische Form übergeleitet werden. Das feste äußere Zentralrad 9 ist zweiteilig ausgebildet und stellt in der linken Hälfte einen Teil des Gehäuses 15 dar. Um die Anpreßkraft Pzu vergrößern, wurde sie mittels kegelförmig ausgebildeter Reibflächen 19 in die beiden Komponenten Pi und P2 zerlegt. Wird das Teil 20 des äußeren Zentralrades 9 mit hier nicht gezeigten Mitteln, beispielsweise wie in der DT-AS 12 31080 dargestellt, axial verschiebbar ausgebildet, dann verschiebt sich das Umlaufrad 7 radial um den Betrag c, wenn Teil 20 um den Betrag c/axial verschoben wird. Der effektive Durchmesser des festen äußeren Zentralrades 9 wird um den Betrag 2c größer und das Getriebe hat auf diese Weise eine stufenlos einstellbare Übersetzung erhalten. Die dabei notwendige axiale Verschiebung zwischen Umlaufrad 7 und Antriebswelle 1 erfolgt hier beispielsweise zwischen dem Lager 8 und der Umlaufwelle 4.3 shows, in section, a single-stage transmission with a fixed outer central wheel 9 as an application example for the pressing device according to the invention. The drive shaft 1 is mounted in the housing 15 with the two roller bearings 16. The counterpart 5 is fastened in the drive shaft 1 and acts with the curve 2 (not visible in FIG. 3), which in the FIG. 2 is ground into the rotating shaft 4, together. The output bell 17 with output shaft 18 is attached between the bearing 8 and the planetary gear 7. The output takes place eccentrically according to the distance b between the two center lines M \ and M _2. He can in a known manner, such as. B. universal joints, hollow cardan shaft couplings or the axial offset compensating couplings are transferred back to a centric form. The fixed outer central wheel 9 is designed in two parts and represents part of the housing 15 in the left half. In order to increase the contact pressure P , it was broken down into the two components Pi and P2 by means of conical friction surfaces 19. If the part 20 of the outer central wheel 9 is designed to be axially displaceable by means not shown here, for example as shown in DT-AS 12 31 080, then the planetary gear 7 moves radially by the amount c, if part 20 by the amount c / axial is moved. The effective diameter of the fixed outer central wheel 9 is larger by the amount 2c and the transmission has in this way received a continuously adjustable translation. The necessary axial displacement between the planetary gear 7 and the drive shaft 1 takes place here, for example, between the bearing 8 and the planetary shaft 4.

Es ist auch denkbar, die effektive Breite des kegelförmigen Umlaufrades 7 durch hier nicht näher beschriebene Mittel zu verändern und auch auf diese Weise eine radiale Verschiebung des Umlaufrades 7 gegenüber dem äußeren Zentralrad 9 zu erreichen. Auch eine Kombination beider Wege (Veränderung der Breite des äußeren Zentrairades 9 und des Umlaufrades 7) ist möglich.It is also conceivable that the effective width of the conical planetary gear 7 is not detailed here to change the means described and also in this way a radial displacement of the planetary gear 7 to reach the outer central gear 9. A combination of both ways (changing the Width of the outer central wheel 9 and the planet wheel 7) is possible.

Die Unwucht kann auf bekannte Weise durch Gegengewichte ausgeglichen werden.The imbalance can be compensated in a known manner by means of counterweights.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Torque-dependent, mechanical pressure device for friction gears with a planetary gear, especially for continuously variable Gearbox in which the torque is determined for each direction of rotation via a pair of curves (curve and counterpart) the drive shaft between it and the planetary gear in an approximately radially acting contact pressure and an approximately tangential circumferential force is decomposed, one element of the pair of curves is arranged on the drive shaft, thereby characterized in that the other element (2;

5) of the pair of cams (2, 5) is arranged on the shaft (4) of the planetary gear (10).

2. Pressing device according to claim 1, characterized in that the cam (2) on the drive shaft (1) and the counterpart (5) are arranged on the rotating shaft (4) (FIG. 1).

3. pressing device according to claim 1, characterized in that the cam (2) on the rotating shaft (4) and the counterpart (5) are arranged on the drive shaft (1) (FIG. 2).

4. Pressing device according to one of the preceding claims, characterized in that the counterpart (5) is made in one piece with the associated shaft (1,4) or as a separate part (5) firmly connected to the associated shaft (1,4) or as a clamping body between the pair of curves an- jo is ordered.

5. Pressure device according to one of the preceding claims, characterized in that for the displacement of the rotating shaft generated by the pair of cams (2, 5) a radial guide (12) is provided.