DE2736556A1

DE2736556A1 - Axialbeaufschlagungsvorrichtung zum beaufschlagen eines glieds mit einer axiallast

Info

Publication number: DE2736556A1
Application number: DE19772736556
Authority: DE
Inventors: Raymond Sharpe
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1976-08-14
Filing date: 1977-08-13
Publication date: 1978-02-16
Also published as: JPS6032056B2; US4229986A; IT1083922B; GB1583958A; FR2361696B1; JPS5322952A; FR2361696A1

Description

Lucas Industries Limited

Great King Street

GB-Binningham 11. August 1977

Axialbeaufschlagunftsvorrichtung zum Beaufschlagen eines Glieds

mit einer Axiallast

Die Erfindung betrifft eine Axialbeaufschlagungsvorrichtung zum Beaufschlagen eines Glieds mit einer Axiallast, bei der die von der Vorrichtung aufgebrachte Kraft bei verschiedenen Betriebsbedingungen unterschiedlich ist.

Ein Beispiel für eine Vorrichtung, bei der eine solche Axialbeaufschlagungsvorrichtung benutzt wird, ist ein Reibgetriebe mit veränderlicher Übersetzung in einer Ausführung, bei der im Prinzip zwei im axialen Abstand angeordnete Torusscheiben oder -rotoren vorgesehen sind, von denen eine bzw. einer als ein Eingangselement und die andere bzw. der andere als ein Ausgangselement
dienen und zwischen denen ein Satz auf dem Umfang im Abstand angeordneter Antriebsrollen im reibenden und rollenden Kontakt
mit teiltordden Flächen an den Scheiben sitzt, wobei jede Rolle in einer Lagerkonstruktion drehbar gelagert ist, die um eine Achse im rechten Winkel zur Drehachse jeder Rolle kippbar ist, so
daß die Abstände von der Getriebeachse geändert werden, an denen die Rolle jeweils an den beiden Scheiben angreift, um damit das Übersetzungsverhältnis des Getriebes zu ändern. Der Kippwinkel der Rollenlagerkonstruktion wird als der Übersetzungswinkel bezeichnet, weil er das Übersetzungsverhältnis des Getriebes bestimmt« Ferner sind Mittel vorgesehen, die normalerweise druckmittelbetätigt sind, um die Scheiben axial zu beaufschlagen, damit ein Druck zwiac hen den toroiden Flächen und den Flächen der Rollen vorhanden ist, die an ihnen angreifen.

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Eine Art, wie der ÜberSetzungswinkel geändert werden kann, besteht darin, Mittel vorzusehen, um eine Kraft auf jede der Rollenlagerkonstruktionen aufzuüben, damit sie im wesentlichen tangential in bezug auf die Getriebeachse bewegt werden, und um die Rollen sich dann selbst in einen anderen Übersetznngswinkel steuern zu lassen. Die Rollen sind jeweils in ihren Lagerkonstruktionen so gelagert, daß sie unter einem Winkel zu einer Ebene im rechten Winkel zur Getriebeachse stehen. Dieser Winkel wird als der Schwenkwinkel bezeichnet. Getriebe dieser allgemeinen Bauart werden als Getriebe mit tangential gesteuerten Rollenlagerkonstruktionen bezeichnet.

Die Endbeaufschlagung, wie die Axialbeaufschlagung unter einem Fluiddruck gewöhnlich genannt wird, muß erheblich sein, und wenn kein Hydraulikdruck zur Verfügung steht, ist es immer noch erforderlich, daß eine gewisse Druckbeaufschlagung erfolgt. Ferner muß mit höherer Drehzahl und höherer Last, die durch das Getriebe übertragen wird, der Druck um so höher sein, um in der Lage zu sein, den Reibungskontakt zwischen dem toroiden Flächen der Rotoren und den Rollenlaufflächen aufrechtzuerhalten, damit wiederum der Wirkungsgrad der Lastübertragung aufrechterhalten wird. Der Reibungskontakt kann unter Zwischenschalten eines Schmiermittels erfolgen, das bei einer Vorrichtung dieser Art gewöhnlich als Traktantenfluid bezeichnet wird.

Die Antriebsseite muß in der Richtung rotieren, in der jede Rolle gegen die Steuerkraft gezogen wird, die die tangentiale Position der Rollen bestimmt. Der Schwenkwinkel muß derart sein, daß die Kippachse jeder Rolle von der Antriebsecheibe weg in Bewegungsrichtung der Scheibe geneigt ist. Dieses Kriterium rührt von der Tatsache her, daß ein stabiler Betrieb bei irgendeinem bestimmten Üb&rsetzungswinkel dann erfolgt, wenn die Drehachse jeder Rolle durch die Getriebeachse geht. Außer wenn sich der Schwenkwinkel im genannten Sinne orientiert, erfolgt eine tangentiale Verlagerung einer Rolle (auf Grund einer Erhöhung oder Verringerung in der Last am Getriebe oder im steuernden Medium-

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druck) in den Torusscheiben, was zu einer Steuerkraft an der Rolle führt, die die Rolle in "ichtung entgegengesetzt zu der kippt, in der die Rollerachse zurückbewegt werden muß, um die Getriebeachse zu schneiden, so daß die Rolle von ihrer neuen stabilen Position wegbewegt wird, anstatt auf sie zu bewegt zu werden.

Die Erfindung ist besonders, wenn auch nicht ausschließlich, mit Getrieben belaßt, bei denen die Ebene jeder Rolle senkrecht zur Drehachse der Rolle und durch die Kontaktpunkte der Rolle mit zwei gegenüberliegenden Torusscheiben die Achse enthält, um die die Rolle kippt, wobei sie tangential zum Torusmittelkreis liegt (d.h. der Ort der Mitte des Kreises, der umläuft, um den Torus zu erzeugen), anders als bei Getrieben, bei denen die gleiche Ebene für jede Rolle näher an der Hauptdrechachse des Getriebes liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrund, eine Vorrichtung zur Axialbeaufschlagung eines Glieds in effektiver Weise bei sich ändernden Betriebsbedingungen zu schaffen.

Erfindungsgemäß ist eine Axialbeaufschlagungsvorrichtung zum Beaufschlagen eines Glieds mit einer Axiallast gekennzeichnet durch zwischen einem Widerlager und dem axial dem Widerlager gegenüber bewegbaren Glied wirkende Pedermittel, welche in einer ersten axialen Position des Glieds auf einen Teil desselbenund in dieseen weiterer axialer Position auf einen anderen Teil desselben wirken, wobei der eine Teil des Glieds in einem Abstand von dem weiteren Teil des Glieds angeordnet ist, derart, daß durch die Federmittel eine unterschiedliche Axialbeaufschlagung des Glieds erfolgt, wenn sich das Glied in der ersten bzw. in der weiteren axialen Position befindet.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

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Pig. 1 ein Querschnitt durch ein Getriebsystem, das erfindungsgemäß ausgebildet ist,

Pig. 2 eine vergrößerte Einzelheit der Axialbeaufschlagungsvorrichtung in der in Pig. 1 gezeigten Konstruktion,

Pig. 3 eine noch weiter vergrößerte Einzelheit von Teilen der Axialbeaufschlagungsvorrichtung in einer Position und

Pig. 4 eine der Pig. 3 entsprechende Darstellung, in der sich die Teile in einer anderen Position befinden.

Das Getriebesystem ist hauptsächlich zum Einsatz für den Antrieb von Plugzeug-Hilfseinrichtungen und insbesondere für einen Wechselstromgenerator vorgesehen. Der Wechselstromgenerator wird vom Haupttriebwerk des Plugzeugs angetrieben, er muß aber mit konstanter Drehzahl laufen. Das Getriebe ist deshalb für eine veränderliche Antriebsdrehzahl, aber für eine konstante Abtriebsdrehzahl eingerichtet. Es versteht sich jedoch, daß Getriebe in erfindungsgemäßer Bauart, wie sie hier beschrieben wird, in Verbindung mit anderen Betriebscharakteristiken benutzt werden können, einschließlich konstanter Antriebsdrehzahl und veränderlicher Abtriebsdrehzahl und veränderlicher Antriebsdrehzahl und ebenso veränderliche Abtriebsdrehzahl.

In Pig. 1 ist die allgemeine Ausführung des Getriebes dargestellt. Das System weist eine Antriebseinheit mit veränderlicher Übersetzung auf, zu der drei Rotoren 10, 11, 12 gehören, die jeweils teiltoroide Flächen 10a, 11a und 12a bzw. 12b haben. Der Rotor 12 sitzt in der Mitte zwischen den Rotoren 10 und 11 und ist mit seinen teiltoroiden Flächen 12b und 12a an gegenüberliegenden axialen Seiten versehen. Der Rotor 10 zeigt mit seiner teiltoroiden Fläche 10a auf die Fläche 12a, und entsprechend zeigt die Fläche 11a des Rotors 11 auf die Fläche 12b des mittleren Rotors 12. Die Rotoren 10, 11 sind Abtriebsrotoren, und der Rotor 12 ist ein Antriebsrotor. Das System arbeitet jedoch vollkommen zufriedenstellend, wenn die Rotoren 10, 11 die Antriebsrotoren sind und der Rotor 12 der Abtriebsrotor ist. Zwischen den Rotoren 10, 12 und 11, 12 befinden jeweilige Sätze flacher RoI-

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len 13, 14. In diesem Ausführungsbeispiel sind in jedem Satz drei Rollen vorgesehen. Diese sind in einer noch zu beschriebenden Weise drehbar, und zu diesem Zweck sind sie in jeweiligen Lagern 15, 16 gelagert. Die Rollen sind in Pig. 1 in Positionen gezeigt, in denen sie an den betreffenden Flächen 10a, 12a und 11a, 12b in den gleichen Abständen von der Drehachse der Rotoren 10, 11, 12 angreifen. Diese Achse ist mit 17 bezeichnet. Die Rotoren 10, 11 sind drehfest auf einer Hohlwelle 18 angeordnet. Diese ist in einer geeigneten ortsfesten Konstruktion mittels Lager gelagert. Ein Ende dieser Antriebseinheit ist von einem Gehäuse 19 umschlossen, das an einem Ende am Außenumfang des Rotors 12 durch Kerbzähne 20 angreift. Das andere Ende dieses Gehäuses 19 ist koaxial zur Welle 18 in Lagern 21, 22 gelagert und greift durch eine Kupplung 23 an einer Hohlwelle 24 an. Diese hat Verzahnung 25, welche mit einem Zahnrad 26 an einer Antriebswelle 27 kämmt. Die Kupplung 23 ist vorgesehen, um eine Umkehr der Drehung der Antriebswelle zu ermöglichen.

Der Abtrieb des Systems befindet sich im Eingriff mit der Welle 18 an deren Ende, das von der Antriebswelle 27 entfernt liegt. Die Verbindung mit der Welle 28 ist durch Kerbzähne 28 an deren Ende dargestellt.

Die Rollenlager 15, 16 sitzen in jeweiligen Lagersupports 29, 30, die gekippt werden können, um die Berührungspunkte zwischen den Rollen 13_f 14 und den Flächen 10a, 11a, 12a bzw. 12b zu ändern. Indem durch Schrägstellen der Rollen der Kontakt geändert wird, wird die Drehzahl der Rotoren 10, 11 relativ zu derjenigen des Rotors 12 geändert. Die Lagersupports 29, 30 sitzen an der relativ ortsfesten Konstruktion des Systems.

Beim Betrieb des Getriebesystems bei veränderlicher Antriebsdrehzahl und konstanter Abtriebsdrehzahl erJÖLgt ein automatischer Ausgleich für eine Antriebsdrehzahländerung, und das wird durch Änderung des Übersetzungswinkels der Rollen erreicht·

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Bei einer Schrägstellung in einer Richtung auf der dargestellten Position bewirkt eine Drehung des Antriebsrotors 12 mit einer bestimmten Drehzahl eine Drehung des Abtriebserotors 10, 11 mit einer geringeren Drehzahl als die bestimmte Antriebsdrehzahl. Die entgegengesetzte Übersetzungscharakteristik kann erreicht werden, wenn die Berührungspunkte zwischen den Rollen am Antriebsrotor 12 außerhalb derjenigen an den Flächen der Abtriebsrotoren 10, 11 liegen. Wenn jedoch die Rollen an den Flächen 10a, 11a, 12a und 12b im gleichen radialen Abstand von der Achse 17 der Welle 18 aus angreifen, drehen sich die Antriebsund Abtriebsrotoren 10, 11, 12 alle mit der gleichen Drehzahl. Das stellt eine Übersetzung von 1:1 zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite des Systems dar.

Es ist jedoch notwendig, daß die Achse jeder der Rollen 13, 14 die Getriebeachse 17 schneidet, bei der es sich um die Achse der Welle 18 handelt. Um die Übersetzung zu ändern, werden die Rollen tangential bewegt, und sie steuern sich dann auf neue Übersetzungswinkelpositionen, in denen sie wiederum stabil sind. Um diese Übersetzungsänderung zu erreichen, werden Steuerzylinder (nicht dargestellt) zur Bewegung der Lagersupports 29, 30 betätigt. Diese sind so eingerichtet, daß sie die Lagersupports 29, 30 in Richtungen bewegen, die nicht parallel zu oder unter spitzen Winkeln zu einer Ebene geneigt sind, welche senkrecht zur Achse 17 steht, bei der es sich um die Drehachse der Welle 18 handelt, ebenso um diejenige der Rotoren 10, 11, 12. Die Betätigung dieser Steuerzylinder bewegt die Achsen der Rollen 13, 14 in Richtungen, die im wesentlichen tangential zu den Berührungspunkten der Rollen mit den betreffenden teiltoroiden Flächen 10a, 11a, 12a und 12b liegen. Eine solche im wesentlichen tangentiale Bewegung der Rollen geht jedoch einher mit einer Steuerung der Rollen, derart, daß die Rollen in Positionen gelangen können, in denen ihre Drehachsen wiederum die Achse 17 schneiden. Um solche Bewegungen zu bewirken, sind die Rollensupports unter Winkeln zu der Ebene senkrecht zur Getriebeachse 17 gelagert, und dieser Winkel wird als der Schwenkwinkel be-

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zeichnet. Es ist jedoch erforderlich, für eine Änderung in den Positionen der Rollenachsen in Richtung längs der Getriebeachse 17 zu sorgen, und das wird durch Bewegung der Lagersupports erreicht. Indem für eine solche Bewegung der Achsen der Rollen 13, 14 in Längsrichtung der Achse 17 gesorgt wird, ändert sich die Schrägstellung der Lagersupports in bezug auf die genannte Ebene. Diese Schrägstellung ist der Schwenkwinkel, und folglich ändert sich der Schwenkwinkel mit der Änderung der Drehzahlübersetzung zwischen den Antriebs- und Abtriebsrotoren.

Vorzugsweise ist mit höherer Drehzahl, die im Abtriebsrotor 12 hervorgerufen wird, der Schwenkwinkel um so größer, um eine verbesserte Stabilität im System bei hohen Drehzahlen zu erreichen, die in der Größenordnung von 20.000 Umdrehungen pro Minute liegen können.

Um sicherzustellen, daß die Rollen 13, 14 in Kontkfc mit den Torusflächen 10a, 11a, 12a und 12b bleiben, die zu den Rotoren 10, 11 bzw. 12 gehören, ist eine Axialbeaufschlagungsvorrichtung vorgesehen.

Diese Endbeaufschlagungsvorrichtung ist an den Rotor 11 angesetzt. Ein Glied 31 umgibt den Rotor 11, das eine innere zylindrische Fläche hat, in der die Außenpieripherie des Rotors 11 gleitend gelagert ist. Eine Abdichtung 32 sitzt dazwischen. Die zylindrische Fläche des Glieds 31 liegt koaxial zur Achse 17.

Das Glied 31 hat ferner eine koaxiale zylindrische Fläche an seiner Innenperipherie, und diese greift gleitend an einer entsprechenden zylindrischen Fläche an einem Teil 33 an. Eine weitere Dichtung 34 sitzt zwischen den entsprechenden Flächen des Glieds 31 und des Teils 33.

Der Teil 33 bildet an einem schmaleren Ende ein Widerlager bei 35 für eine Fläche des Rotors 11 an dessen Seite, die von der Torusflache 11a abgewandt ist. An seinem anderen Ende hat der Teil 33 einen Flansch, der bei 36 in seiner Endfläche ausgespart

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ist, um einen peripheren Bund 37 zu bilden. Am Ende der Welle 18, an dem die Axialbeaufschlagungsvorrichtung vorgesehen ist, ist eine Mutter 38 befestigt. Gegen diese wirkt eine abgestufte Scheibe 39, die bei 40 ausgespart ist, um einen peripheren Bund 41 zu bilden. Die peripheren Bunde 37 und 41 des Teils 33 und der Scheibe 39haben die gleichen Durchmesser und zeigen aufeinander zu. Zwischen ihnen sitzt jedoch eine Federscheibe 42. Dabei handelt es sich um eine als Belville- oder Schnorr-Scheibe bekannte Ausführung. Sie ist deshalb gebogen, und ihre innere Peripherie legt sich gegen eine Schulter 43, die an der abgestuften Scheibe 39 gebildet ist. Diese Merkmale gehen aus Fig. 2, 3 und 4 hervor.

An der Seite des Glieds 31, die zum äußeren peripheren Rand deer Federscheibe 42 zeigt, hat das Glied einen einstückigen Ring 44, gegen den sich der äußere Umfang der Federscheibe legt, was noch zu beschreiben sein wird.

Die Welle 18 ist mit einer koaxialen Bohrung 45 versehen, und zwar von dem Ende, an dem die Mutter 38 sitzt, und diese steht mit Querbohrungen 46 in Verbindung, welche mit einem Raum in Verbindung stehen, der innerhalb des Teils 33 und zwischen di esem Teil und dem Rotor 11 gebildet ist. Dieser Raum ist in Fig. 2 mit 47 bezeichnet.

Hochdruckfluid, das diesem Raum zugeleitet wird, kann die zwischen dem Glied 31 und dem Rotor 11 gebildete Zone erreichen. Diese Zone ist mit 48 bezeichnet. Durch die Bohrung 45, die Querbohrungen 46 und den Raum 47 in die Zone 48 geleitetes Hochdruckfluid sorgt für eine Endbeaufschlagung der Rotoren 10, 11 und 12 dund der Rollen 13, 14.

Fig. 3 zeigt den Zustand der Federscheibe 42 in bezug auf den Teil 33 und die abgestufte Scheibe 39· Unter diesen Bedingungen wird das der Zone 48 zugeleitete Öl einen relativ geringen Druck haben, und folglich nimmt das Glied 31 eine Position ein, in der

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sich diese Zone 48 auf einem Minimum befindet. Die Außenperipherie der Federscheibe 42 liegt außer Kontakt mit dem einstükkigen Ring 44 am Glied 31, sie befindet sich aber im Kontakt mit dem Bund 37 am Teil 33. Die dort verfügbare relativ große Federkraft hält den Teil 33 in Kontakt mit dem Rotor 11 durch das Widerlager 35 an seinem Ende. Diese Federwirkung ist deshalb bestrebt, den in Fig. 2 bei 49 gezeigten Spalt zwischen dem Teil 33 und der abgestuften Scheibe 39 zu öffnen.

Mit der Erhöhung des Drucks in der Zone 48 durch Zuleiten von Hochdruckfluid durch die Bohrung 45 und die Querbohrung 46 sowie den Raum 47 ist die Federscheibe 42 jedoch bestrebt, sich in die in Fig. 4 gezeigte Position zu bewegen. Unter diesen Umständen hat sich das Glied 31 vom Rotor 11 weg bewegt, bis dessefen einsttickiger Ring 44 am äußeren Rand der Federscheibe 42 angreift, um darauf eine geringere Federkraft auszuüben. Diese Wirkung wiederum führt zu einem Trennen der Federscheibe 42 vom Bund 37 des Teils 33.

Um den Raum 47 abzudichten und um ein Lecken von Hydraulikflüssigkeit entweder im Rotor 11 oder im Teil 33 zu verhindern, sind weitere Dichtungen 50, 51 zwischen diesen Bauteilen und der Welle 18 vorgesehen.

Der Effekt der Änderung des Berührungspunkts der Federscheibe vom Bund 37 zum Ring 44 hin, der radial außerhalb des Bunds 37 liegt, ist der, daß eine geringere Federkraft auf die AxialbeaufSchlagungsvorrichtung ausgeübt wird, wenn Fluid-Betriebsdruckwerte erreicht werden. Dieser Fluid-Betriebsdruck wird dann erreicht, wenn die Betriebsdrehzahl des Systems relativ hoch ist. Unter diesen Bedingungen hoher Drehzahl baut sich ein Zentrifugalgradient im Raum 48 auf, in dem der Fluiddruck zur Außenseite dieser Zone hin höher ist.

Das Beaufschlagen mit einer geringeren Federkraft mittels der Scheibe 42 neigt dazu, der Zentrifugalkraft entgegenzuwirken.

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Claims

COHAUSZ & FLORACK

d-4 düsseldorf . schumannstr. θ7

patentanwälte:

Dipl.-lng. W. COHAUSZ ■ Dipl.-lng. W. FLORACK Dipl.-lng. R. KNAUF Or-Ing., Dipl.-Wlriich-Ing. A. GERBER Dipl.-lng. H. B. COHAUSZ

Lucas Industries Limited

Great King Street

GB-Birmingham 11. August 1977

Ansprüche

M ·) AxialbeaufSchlagungsvorrichtung zum Beaufschlagen eines Glieds mit einer Axiallast, gekennzeichnet durch zwischen einem Widerlager und dem _vaxial dem Widerlager gegenüber bewegbaren Glied wirkende Federmittel, welche in einer ersten axialen Position des Glieds auf einen Teil desselben und in dessen weiterer axialer Position auf einen anderen Teil desselben einwirken, wobei der eine Teil des Glieds in einem Abstand von dem weiteren Teil des Glieds angeordnet ist, derart, daß durch die Pedermittel eine unterschiedliche Axialbeaufschlagung des Glieds erfolgt, wenn sich das Glied in der ersten bzw. in der weiteren axialen Position befindet.
2. Axialbeaufschlagungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafl die Pedermittel eine Federscheibe sind und daß die Teile des Glieds jeweils Ringe sind, die von Partien der Scheibe beaufschlagt sind und sich in jewa ils unterschiedlichen radialen Abständen von der Scheibenmitte befinden.
3. Axialbeaufsohlagungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federscheibe in ihrem Mittelbereioh abgestützt ist und sich gegen Breh-

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mittel legt, gegen die die Kraft der Scheibenfeder reagiert.
4. Axialbeaufschlagungsvorrichtung nach einem der Ansürhce 1 bis 3, gekennzeichnet durch den Einbau in eine Kraftübertragung, bei der die Axiallast auf eine Rotoreinrichtung der Kraftübertragung einwirkt.

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