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Stufenlos veränderliches Reibradgetriebe
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Die Erfindung bezieht sich auf ein stufenlos veränderliches Reibradgetriebe
mit auf in einem Achsenschnittpunkt sich schneidenden Achsen verschiebbar angeordneten
Reibkörpern, die von einem äußeren Widerlager gegen einen inneren Abwälzkörper gedrückt
werden und deren Antriebs- und Abtriebswelle gleichachsig und koaxial zum Abwälzkörper
angeordnet sind.
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Bei einem beispielsweise aus der DU-PS 1 272 670 bekannten derartigen
Reibradgetriebe sind die Reibkörper Doppelkegelrollen, die zwischen einem äußeren
und einem inneren laufring in Eingriff stehen.
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Da bei Reibgetrieben mit Kegelrollen eine Relativbewegung zwischen
den Kegel rollen und damit eine sogenannte Relativreibung nur dann nicht eintritt,
wenn beim Abwälzen die gemeinsame
Berührungslinie bzw. -Fläche
durch den Achsenschnittpunkt der beiden Kegel der Kegelrollen geht und diese Position
bei Kegelflächen aber nur bei einem Ubersetzungsverhältnis zutrifft, tritt bei allen
anderen trbersetzungsverhältnissen beim Abrollen der Doppelkegelrollen zwischen
den Laufringen ein Zwangsschlupf ein. Dieser Zwangs schlupf erfordert erhöhten Leistungsbedarf,
bedingt großen Abrieb und verursacht eine hohe Erwärmung des Reibgetriebes.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein stufenlos veränderliches
Reibradgetriebe zu schaffen, dessen Reibkörper so ausgebildet sind, daß in jeder
Regelstellung das Abwälzen ohne Zwangsschlupf erfolgen kann, so daß ein hoher Reibungskoeffizient
zwischen den Reibkörpern zulässig wird, ein solches Getriebe also relativ klein
und leicht gebaut werden kann.
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Ausgehend von einem Reibradgetriebe der eingangs genannten Art ist
diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Abwälzkörper konkav und die Reibkörper konvex
gekrümint sind und der Abwälzkörper ebenfalls verschiebbar derart gelagert ist,
daß unabhängig von der Regelstellung der Reibkörper der Tangentenpunkt der zwischen
Reibkörper und Abwälzkörper bestehenden Berührungsfläche stets auf einer Linie liegt,
die den Achsenschnittpunkt schneidet.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind Reibkörper und Abwälzkörper
über eine drehmomentabhängige, eine gegensinnige axiale Verschiebung von Abwälzkörper
und Widerlager bewirkende Spannvorrichtung gegeneinander verspannt.
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Die Spannvorrichtung umfaßt erfindungsgemäß eine von der Welle beaufschlagte
hydraulische Torsionswaage und einen mit dieser verbundenen, der Abtriebswelle zugeordneten
Hydraulik-Zylinder, dessen Kolbenteil mit dem Widerlager und dessen Zylinderteil
mit einem auf der Abtriebswelle verschiebbar gelagerten Zugrohr fest verbunden ist.
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Hierbei ist das Widerlager, durch das die verschiebbaren Reibkörper
gegen den Abwälzkörper gedrückt werden, ein nichtumlaufender, koaxial zum Abwälzkörper
angeordneter, einen mehrflächigen Kegelstumpfmantel bildenden Druckkörper, an dem
gemeinsam mit den Reibkörpern verschiebbare Andruckrollen sich abstützen, durch
die die Reibkörper gegen den Abwälzkörper gedrückt werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das erfinaungsgemäße Reibradgetriebe hat den Vorteil, daß in jeder
Regelstellung der Zwangsschlupf ausgeschaltet ist, da die Außenmantelflächen von
Abwälzkörper und Reibkörper, deren Längsachsen einen Winkel miteinander einschließen
und sich im Achsenschnittpunkt schneiden, derart konkav bzw, konvex ausgebildet
sind, daß in Jeder Regelstellung der Berührungspunkt, also der Tangentenpunkt ihrer
Berührungsfläche, stets auf einer Linie liegt, die den Schnittpunkt der beiden Längsachsen
schneidet. Da eine Vielzahl von Reibkörpern, vorzugsweise sechs Reibkörper zur Drehmomentübertragung
benutzt werden, können trotz kleiner Bauweise große Leistungen übertragen werden.
Ein weite--rer Vorteil ist darin zu sehen, daß in allen Regel stellungen stets die
volle Leistung übertragen werden kann. Da der Anpreßdruck der Reibkörper leistungsabhängig
gesteuert ist, wird lediglich der für die Drehmomentübertragung gerade notwendige
Anpreßdruck erzeugt, was sich auf den Wirkungsgrad und die Lebensdauer vorteilhaft
auswirkt. Schließlich gelangen die hohen Anpreßkräfte nicht auf das Gehäuse, so
daß dieses leicht ausgebildet sein kann. Vorteilhaft ist es auch, daß der Kraftfluß
in beiden Richtungen fließen kann, das Reibradgetriebe also für den Einbau in Kraftfahrzeuge,
insbesondere in Lastkraftwagen, geeignet ist, wo erfahrungsgemäß der Motor zum Bremsen
mit herangezogen werden muß. Trotz der Leistungsverzweigung
für
Nebenabtriebe, z.B. zur Erzeugung des drehmomentabhängigen Anpreßdruckes und zum
Antrieb einer Schmierölpumpe, wird ein guter Wirkungsgrad erzielt.
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Die Erfindung ist an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispieles beschrieben.
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Es zeigen: Figuren la das geometrische Konstruktionsprinzip und 1b
des Reibradgetriebes gemäß der Erfindung, Figur 2 einen Schnitt durch das erfindungsgemäße
Reibradgetriebe, Figur 3 eine Seitenansicht eines der verschiebbar gelagerten Reibkörper
mit Andruckrollen und - D.ruckkörper des Reibradgetriebes gemäß Figur 2, Figur 4
einen Schnitt durch die Lagerstelle eines der verschiebbar gelagerten Reibkörper
gemäß Figur 3, Figur 5 eine Frontansicht auf eine Lagerstelle des Abwälzkörpers
eines Reibradgetriebes gemäß Figur 2, Figur 6 einen Lagerring für die kardanische
Lagerung des Triplet-Rollenträgers gemäß Figur 7, Figur 7 eine Vorderansicht eines
Triplet-Rollenträgers für die Abstützung des Abwälzkörpers des Reibradgetriebes
nach Figur 2 und zur 8 eine Abwicklung einer Einzelheit eines Kupplungsteiles des
Reibradgetriebes.
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Ehe das in den Figuren 2 bis 8 dargestellte, stufenlos verstellbare
Reibradgetriebe im einzelnen beschrieben wird, sei vorab an Hand der Figur 1 das
Prinzip der Erfindung erläutert.
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Da der Regeltrieb in Jeder Regelstellung ohne Zwangsschlupf arbeiten
soll, müssen die sich abwälzenden Körper in jeder Regelstellung einen Berührungspunkt
bzw. -fläche aufweisen, die auf einer Linie liegt, die den Schnittpunkt der einen
Winkel einschließenden Achsen von Abwälz- und Reibkörpern schneidet. Dies wird erreicht
durch eine konkave Ausbildung und axial verschiebbare Lagerung des Abwälzkörpers
AK und eine konvexe Ausbildung der auf Keilwellen KW verschieblichen Reibkörper
Rg, von denen sechs gleichmäßig am Umfang verteilt vorgesehen sind.
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Die einen Winkel « einschließenden Achsen ! und r von Abwälzkörper
und Reibkörpern schneiden sich im Schnittpunkt M.
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Die Berührung im Punkt T, dem Tangentenpunkt der dabei entstehenden
Berührungsfläche, liegt stets auf einer Linie 5, die ebenfalls durch den Achsenschnittpunkt
M geht. Wie aus Figur 1a ersichtlich ist, wandert der Tangentenpunkt T auf der Reibkörper-Oberfläche
nach oben, wenn in Bezug auf den Abwälzkörper von einem großen Radius zu einem kleineren
Radius verstellt wird, der Tangentenpunkt T' entspricht daher einer mittleren Regelstellung.
Wird der Reibkörper RK von einer Extremstellung in die andere Extremstellung*bewegt,
so muß der Abwälzkörper AK um den Betrag C von seiner Ausgangsstellung in die Endstellung
wandern.
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Werden eine Vielzahl von Berührungspunkten, z.B. T1 bis T7 - in Figur
1a durch Verschiebungen des Reibkörpers RK um die Strecken e dargestellt - ermittelt,
so ergeben alle durch den Achsenschnittpunkt M gehenden Linien eine Einhüllende,
die die Längsschnittkurve der Oberfläche der Reibrollen darstellt.
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Werden nun die Steigungen aller Einhüllenden aneinandergereiht, *T"
++ RT1-RT7
so ergibt sich daraus die Längsschnittkurve (QU1-QU7)
für den Abwälzkörper, der sich hierbei um den Betrag C verschoben hat.
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Nunmehr sei an Hand der Figur 2 ein nach dem vorstehend erläuterten
Prinzip arbeitendes Reibradgetriebe beschyjeben, von dem das tragende Gehäuse lediglich
an den Lagerstellen angedeutet ist. Der Leistungseingang ist mit 1;E, der Leistungsausgang
ist mit LA bezeichnet. Auf einer Welle lo, de mittels Wälzlagern 11 im Lagergehäuse
12 drehbar gelagert ist, wird über eine als Torsionswaage wirkende Kupplung KU das
Eingangsdrehmoment auf ein aus den Kegelrädern 14 und 15 bestehendes Kegelradgetriebe
übertragen.
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Das Kegelrad 15 ist beidseitig mittels Wälzlagern 18 und 19 im Gehäuse
12 gelagert und weist eine Innenverzahnung auf, in der die erwähnte Keilwelle KW
längsverschieblich gelagert ist. Das freie Ende der Keilwelle ragt also mehr oder
weniger fliegend heraus.
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Die schon erwähnte Kupplung KU besteht aus einem auf der Welle 1o
formschlüssig aufgesetzten Mitnehmer 20, an dessen Zylindermantel 21 an der Außenseite
liegende Rollen 23 befestigt sind. Ein weiterer Mitnehmer 25 ist mittels eines Wälzlagers
27 im Abstand und koaxial zur Welle 1o im Gehäuse 12 drehbar gelagert. Der Mitnehmer
weist ebenfalls einen Zylindermantel 26 auf, an dessen Innenmantelfläche Rollen
30 befestigt sind. Von den Rollen 3o und 23 sind in Figur 2 jeweils nur eine gezeigt.
Im Zylindermantel 26 des Mitnehmers 25 ist eine Schlitze 31 aufweisende Muffe 22
geführt, die auf der in Bezug auf Figur 2 rechten Stirnseite mit einem Steigungsring
24 fest verbunden ist, dessen Abwicklung die Figur 8 zeigt. Die Stirnseite des Zylindermantels
26 ist mit einer Felge 13 fest verbunden, die das schon erwähnte Kegelrad 14 trägt.
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Die Muffe 22 trägt in ihrem Zentrum mittels eines Tellers 28 gleichachsig
zur Welle 10 das Zylinderteil 33 eines Hydraulik-Zylinders HZ, dessen Kolbenteil
34 mit dem Mitnehmer 20 fest verbunden ist. Der Hydraulik-Zylinder HZ enthält eine
Hydraulikflüssigkeit 36, die über eine Leitung 37 mit einem noch zu beschreibenden
zweiten Hydraulik-Zylinder HZ 2 verbunden ist. Zu diesem Zwecke ist die Leitung
37 .über eine flüssigkeitsdichte Drehdurchführung 32 mit dem Hydraulik-Zylinder
HZ verbunden.
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Die eben beschriebenen Teile bilden eine sogenannte Torsionswaage.
Infolge des anliegenden Drehmomentes bei einer zu übertragenden Leistung laufen
die Rollen 23 an den steigenden Blanken des Steigungsringes 24 hoch und drücken
diesen mit den Teilen 22 und 28 und damit den Zylinder 33 nach rechts, so daß Flüssigkeit
36 durch die Drehdurchführung 32 und die Leitung 37 in den den Anpreßdruck erzeugenden
Hydraulik-Zylinder HZ 2 verdrängt wird. Nach Aufbau des notwendigen Anpreßdruckes
stellt sich ein Gleichgewicht zwischen dem Verdrehwinkel der Welle 10 und dem Steigungsring
24 ein, i.e. der Verschub vom Zylinder 33 auf den Kolben 34 ist proportional der
Elastizität vom Widerlager 47, allen Anpreßdruck überleitenden Teilen im Wagen,
der Verformung an der Kontaktfläche von RK zu AK, des Tripletsatzes und der Längselastizität
des Zugrohr 50. Da bei bremsendem Motor das Drehmoment umgekehrt wirkt, ist der
Ring 24 auch mit gegensinnig steigenden Flanken versehen, vgl.
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Figur 8. Der mögliche Verdrehwinkel gegenüber der Ausgangslage beträgt
jeweils 900, vgl. Figur 8, Stellung 23'.
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Da in die axialgerichteten Schlitze 31 der Muffe 22 die Rollen 30
eingreifen, wird die Drehbewegung der Welle 1o auf das bei 27 drehbar gelagerte
Kegelrad 14 übertragen.
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Die Torsionswaage dient also gleichzeitig der Übertragung der Drehbewegung
auf die Keilwellen KW und zur Erzeugung des für die Kraftübertragung erforderlichen
Anpreßdruckes der Reibrollen RK auf den Abwälzkörper AK, und zwar in Abhängigkeit
des jeweils zu übertragenden Drehmomentes.
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Die auf den schon genannten Keilwellen KW verschiebbar gelagerten
Reibkörper RK sind über Wälzlager 40, 41 in je einem Wagen WA gelagert, der rechtwinkelig
zu den Reibkörpern drehbar gelagerte AnSrukrollen 43 trägt.
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Jeder Wagen WA ist auf einer Stange 44 geführt und kann über ein hier
nur schematisch dargestelltes Verstellgetriebe VT über eine Schraubspindel 45 längs
der Keilwelle KW verstellt werden. Hierdurch läßt sich das Ubersetzungsverhältnis
stufenlos ändern. Von den sechs Wagen WÄ ist in den Figuren 2 bis 4 nur ein Wagen
dargestellt.
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Während die Wälzlager 40 und 41 gerade ausreichen, die Unfangkraft
und die Nickkräfte um die Querachse abzufangen, ist eine senkrecht bewegliche Sattelan-Ordnung
nötig, um über Außenringe 85 von Zylinder rollenlagern 84 de Anpreßkraft rollend
auf die Zapfen 87 des einzelnen Reibkörpers RK zu übertragen.
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Die Andrucirollen 43 sind daher auf einem Querschemel 82 angeordnet,
der wie in einer Sattelaussparung in einem Längs schemel 83 sitzt und so die Kraft
auf die großen Zylinderrollenlager 84 abgibt. Ein U-Bügel 89 hält die beiden Schemel
zusammen, während Endscheiben 86 die großen Lagerlnnenringe auf dem Längsschemel
halten und gleichzeitig in den Längsaussparungen 88 der Vorder- und Hinterwände
80 der Wagen WA vertikal geführt sind.
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Infolge der wenn auch kleinen Abstände der Bunde der Endscheiben in
Bezug auf die Vorder- und Hinterwand des Wagens sind geringe Nickbewegungen des
Schemels um die die Zeichenebene durchdringende Querachse möglich.
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Da sich das aus Längs- und Querschemel bestehende Schemelkreuz um
die Längsachse - also um die Achse der Schraube 81 - drehen, um die dazu senkrechte
Querachse nicken und vertikal bewegen kann, werden keine Anpreßkräfte auf das Wagengehäuse
übertragen und somit die Lager 4o und 41 nicht zusätzlich belastet.
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Die paarweise angebrachten AndruckroLlen 43, vgl Figur 3, stützen
sich an einem nicht umlaufenden Widerlager 47 ab, das als mehrflächiger Kegelstumpfinantel
ausgebi.ldet ist. Das Widerlager wird von einem Lagerteller 48 gehalten, der auf
einem zentralen Zugrohr 50 axial verschieblich gelagert ist. An den Lagerteller
48 ist an seiner inneren Stirnfläche das Kolbenteil 51 des schon genannten Hydraulik-Zylinders
HZ 2 anliegend, während das Zylinderteil 52 sich an einer auf dem Zugrohr 50 befestigten
Wellenmutter abstützt.
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Die aus dem Hydraulik-Zylinder HZ verdrängte Hydraulikflüssigkeit
bewirkt, daß das Kolbenteil 51 sich in Bezug auf Figur 2 nach rechts bewegt und
dabei auch das Widerlager 47 entsprechend verstellt. Bei dieser Verstellung ändert
sich der dabei erzeugte Anpreßdruck ebenfalls entsprechend.
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In dem Zugrohr läuft eine in Lagern 54 und 55 des Gehäuses 12 drehbar
gelagerte Welle 56 um, auf der um 1200 gegeneinander versetzt angeordnete zweigliedrige
Gelenkketten 57, 58 mit Hilfe von einer sechs Bolzenträger. 53 aufweisenden Nabe
59 drehfest gelagert sind. Uber Gelenkachsen 60 sind die Hebel 58 der Gelenkketten
jeweils mit der Innenmantelfläche des Abwälzkörpers ÄK gelenkig verbunden, dessen
anderes Lager ein auf dem Zugrohr 50 angeordnetes Kugellager 62 ist. Der Abwålzkörper
AK weist ferner auf seiner Innenmantelfläche einen Absatz 64 auf, an dem sich drei
ebenfalls um 1200 gegeneinander versetzte Abwälzrollen 66 abstützen, vgl. auch Figur
7. Die Widerlager 66 sind mittels Lagerbolzen 67 an den Außenseiten einer Lagermuffe
68 drehbar gelagert., die vermittels eines in Figur 6 dargestellten, eine kardanische
Bewegung zulassenden Lagerringes 70 auf dem Zugrohr 50 angeordnet ist. Hierzu weist
der Lagerring zwei im rechten Winkel zueinander stehende Lagerschneiden 71 und 72
auf.
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Die Wirkungsweise des beschriebenen Regelgetriebes ist folgende: Die
über die Welle lo eingeleitete Drehbewegung wird über die Kupplung KU und das Kegelradgetriebe
14, 15 auf die Keilwellen KW übertragen, deren Drehbewegungen über die Reibkörper
RK auf den Abwälzkörper AK und damit über die Gelenkketten 57, 58 auf
die
Abtriebswelle 56 übertragen wird. Entsprechend der über* die Schraubspindel 45 einstellbaren
Regelstellung der Reibkörper und unter Berücksichtigung des festen Ubersetzungsverhältnisses
des Kegelradtriebes und der gewählten geometrischen Verhältnisse der Anordnung wird
die Drehzahl der Welle 10 über- oder untersetzt.
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Die in Figur 1 gezeigte Verstellung C des Abwälzkörpers AK erfolgt
selbsttätig, da die hierzu erforderliche Axialkraft von dem Hydraulik-Zylinder HZ
erzeugt wird und über die Leitung 37 und den Hydraulik-Zylinder HZ 2 in umgekehrter
Größe auf das Widerlager übertragen wird und zwischen diesem und dem Zugrohr 50
wirkt. Da das Zugrohr auf der Welle 56 längsbeweglich gelagert ist und über die
Teile 70, 68, 67, 66, 64 mit dem Abwälzkörper AK verbunden ist, richtet sich die
gesamte Regeleinrichtung in axialer Richtung selbsttätig ein.
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Zieht also für eine gewünschte Regeländerung die Spindel 45 den die
Andruckrollen und Reibkörper tragenden Wagen WA entlang der Stange 44, so rückt
der Abwälzkörper AK in umgekehrter Richtung,jedoch um einen kleineren Betrag nach,
da durch den Anpreßdruck der Andruckrollen 43 das Widerlager 47 um einen kleinen
Betrag axial verschoben wird. Die erforderlichen hohen Anpreßkräfte zwischen den
Reibkörpern und dem Abwälzkörper gelangen daher nicht auf das Gehäuse 12.
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Infolge der als Torsionswaage ausgebildeten kupplung KU zwischen Antriebswelle
10 und Kegelradtrieb 14, 15 ist der im Hydraulik-Zylinder HZ erzeugte hydraulische
Druck proportional dem Jeweils eingeleiteten Drehmoment, so daß auch die Reibkörper
über das Widerlager und die Andruckrollenmit einer kraft auf den Abwälzkörper gedrückt
werden, die proportional dem eingeleiteten Drehmoment ist.
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Ods911 Verstelltrieb VT und Patentansprüche: