DE2756177A1

DE2756177A1 - Unendlich variierbares uebersetzungsgetriebe

Info

Publication number: DE2756177A1
Application number: DE19772756177
Authority: DE
Inventors: Peter Afton Galbraith
Original assignee: Galbraith Engineering Pty Ltd
Current assignee: Galbraith Engineering Pty Ltd
Priority date: 1976-12-16
Filing date: 1977-12-16
Publication date: 1978-06-29
Also published as: US4424726A; GB1586779A; JPS5376258A; CA1085185A

Description

unendlich variierbares Übersetzungsgetriebe

Die Erfindung betrifft ein unendlich variierbares epicyklisches übersetzungsgetriebe mit einem Paar auf einer Welle zusammen mit dieser drehbar angeordneter Sonnenräder, wobei mindestens eines dieser Sonnenräder entlang der Welle begrenzt axial bewegbar und mindestens während des Betriebs der Antriebseinrichtung in Richtung auf das andere Sonnenrad gedrückt ist, mit einer Vielzahl von Planetenrädern, die von einem Träger getragen sind, der seinerseits um eine zur Drehachse der Welle konzentrische Achse drehbar angeordnet ist, wobei die Planetenräder einzeln um eine Achse im wesentlichen parallel zu der ersten Welle drehbar und bei Drehung des Trägers in einer zur Achse der Welle normalen Ebene bewegbar sind, mit einem Paar im Abstand voneinander angeordneter, nicht in Drehung stehender, im wesentlichen zu den Sonnenrädern koplanarer und konzentrischer Ringteile , wobei der innere Umfang der Ringteile und der äußere Umfang der Sonnenräder die Planetenräder umfassen

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und mit diesen mindestens während des Betriebs der Antriebseinrichtung friktionsartig in Eingriff stehen, und mit Mitteln zur Veränderung der radialen Lage der Planetenräder hinsichtlich der Ringteile und der Sonnenräder. Dieses übersetzungsgetriebe wird nachfolgend als ein solches der beschriebenen Art bezeichnet.

Eine Ausführungsform eines Getriebes der beschriebenen Art ist aus der DE-OS 2 3 4 4 422 zu ersehen. In diesem Fall sind die Planetenräder an einem Träger gelagert, indem jedes Planetenrad an einem Ende eines entsprechenden Arms oder einer entsprechenden Gabel drehbar angeordnet ist, deren anderes Ende an dem Träger schwenkbeweglich um eine Achse im wesentlichen parallel zu der die Sonnenräder tragenden Welle angeordnet ist.

Es ist nun festgestellt worden, daß die Leistungsfähigkeit dieser Ausbildung vergrößert werden kann insbesondere bei hohen Ausgangs- (oder ganz besonderes bei hohen Planetenradträger-) Geschwindigkeiten, indem des weiteren Mittel vorgesehen sind, die mindestens bei Trägergeschwindigkeiten oberhalb eines gegebenen Viertes die zentrifugal induzierten Axialkräfte reduzieren, die zwischen den Planetenrädern und den Ringgliedern auftreten.

Die Kraftreduzierungsmittel werden in vorteilhafter Weise durch Gegenausgleich der Zentrifugalkräfte erreicht. Dies kann in der Weise geschehen, daß Gegengewichte an den Armen oder Gabeln oder alternativ Feder vorgesehen werden, die zwischen dem Träger und den Armen oder Gabeln wirken.

Wie bereits angegeben, kann das Getriebe der beschriebenen Art über ein Paar Sonnenräder verfügen, die axial aufeinanderzu gedruckt sind. Dies kann mittels einer Welle erreicht werden, die schraubenförmige Druckfedern umfaßt, und in der DE-OS 2 3 4 4 422 ist eine drehmomentempfindliche axial belastende bzw. drückende Einrichtung vorgeschlagen. Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine besonders

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vorteilhafte Ausbildung vorgesehen/ die von einer solchen drehmomentempfindlichen Axialbelastung der Sonnenräder Gebrauch macht. Im ganz besonderen ist das Getriebe an ein epicyklisches Räderwerk angekoppelt, und wird die Belastung bzw. das Drücken eines der Sonnenräder in Richtung auf das andere mit Hilfe schrägverzahnter Zahnräder in dem Räderwerk erreicht, um ein auf den axialen Druck an dem Sonnenrad empfindliches Drehmoment zu liefern.

Im folgenden wird die Erfindung weiter ins einzelne gehend und beispielhaft unter ausschließlicher Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben; in diesen zeigt:

Figur 1 einen Axialschnitt durch eine Ausführungsform des Übersetzungsgetriebes in Ankopplung an ein epicyklisches Räderwerk,

Figur 2 Schnitte nach den Linien 2-2 und 3-3 der und 3 Figur 1,

Figur 4 einen Teilschnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Übersetzungsgetriebes ,

Figur 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 der Figur 4,

Figur 6 einen Axialschnitt durch eine alternative Form des Planetenrades,

Figur 7 einen Schnitt nach der Linie 7-7 der Figur und

Figur 8 einen Axialschnitt durch eine weitere alternative Ausführungsform des Planetenrades.

Das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Übersetzungsgetriebe verkörpert die in der DE-OS 23 44 422 dargelegten Prinzipien und ist in vielerlei Hinsicht der in den Figuren 3 und 4 dieser DE-OS dargestellten Ausbildung ähnlich bzw. gleich. Entsprechend wird die Ausbildung hier nur in dem zum möglichst vollständigen Verständnis der Art der durch die vor-

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liegende Erfindung erreichten Verbesserung erforderlichen Ausmaß im Detail beschrieben.

Eine zweiteilige Antriebs-Eingangswelle 12 ist in geeigneten Lagern 31, 32 in einem Gehäuse 10 aufgenommen und verfügt über ein Paar Sonnenräder 13, die auf ihr verschiebbar, jedoch nicht verdrehbar angeordnet sind, wobei jedes Sonnenrad 13 auf einem entsprechenden Schiebeteil 12a, 12b der Antriebswelle 12 angeordnet ist. Die Sonnenräder sind an ihren äußeren Umfangen mit einander entgegengesetzt einwärts gerichteten teilkonischen oder teiltoroidalen Lippen 13a ausgestattet, die reibend gegen die gegenüberliegenden konischen Flächen der drei in gleichen Winkelabständen angeordneten konvexen Planetenräder 14 anliegen. Die Planetenräder 14 sind drehbar an Wellen 15 angeordnet, die ihrerseits je von einem Ende einer Gabel oder einem Paar von Armen 16 getragen sind. Das andere Ende jedes Paars der Arme 16 ist in Hinblick auf eine begrenzte schwenkbewegliche Bewegung an einem Bolzen 17 gelagert, der an einem Träger 18, der an den V7ellenteil 12b drehbar und verschiebbar gelagert ist, und an einem Ring 13 angeordnet, der in einem Lager 44 im Gehäuse 10 aufgenommen ist. Die Planetenräder 14 stehen auch zwischen einander gegenüberliegenden Ringlippen 19a eines Paars nicht drehbarer Ringteile 19 vor, die koaxial zur Welle 12 vorgesehen sind. Eines dieser Ringteile 19 ist am Gehäuse 10 befestigt, während das andere verschiebbar ist, und zwar in begrenzter Weise durch ein Eingriff eines Zapfens 41 am Gehäuse innerhalb einer Aussparung 42 in dem Ringteil 19 sowohl in Richtung auf das befestigte Ringteil 19 als auch von diesem weg in einer Richtung parallel zu der Achse der Eingangswelle 12. Diese Bewegung wird mit Hilfe hydraulischer (oder anderer) Mittel erreicht, die mit einer Kammer 40 am anderen Ende des bewegbaren Ringteils 19 in Verbindung steht.

Während der Antrieb in Bewegung steht, rotieren die Sonnenräder mit der Eingangswelle 12, und sind sie (mit Hilfe noch zu beschreibender Mittel) aufeinanderzu gedruckt, über die

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Lippen 13a geben sie somit eine Bewegung an die Planetenräder 14 weiter. Die Planetenräder 14 sind um die Bolzen 17 herum zentrifugal in reibungsbehafteten Eingriff mit den Lippen 19a der sich nicht drehenden Ringteile 19 gedrückt und somit zum Umlauf um eine Achse koaxial zur Eingangswelle 12 in einer Ebene normal zur letzteren bei einer Geschwindigkeit kleiner als die der Eingangswelle 12 und in derselben Richtung gezwungen. Die Bewegung der Planetenräder 14 wird als Drehbewegung an den Träger 18 übertragen.

Das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit der Antriebswelle 12 und des Trägers 18 wird durch die radiale Lage der Planetenräder 14 in Hinblick auf die Sonnenräder 13 und die Ringteile 19 gesteuert. Wenn der Abstand zwischen den Ringteilen 19 vergrößert wird, damit die Planetenräder 14 sich zentrifugal weiter radial nach außen bewegen können, ist die Abnahme der Geschwindigkeit größer. Die Planetenräder 14 sind an den Wellen 15 in einer solchen Weise angeordnet, daß sie begrenzt entlang ihrer Drehachsen verschiebbar sind, so daß sie stets während ihrer Radialbewegung normal zu ihrer Drehachse verbleiben.

Wenn die Zentren der Planetenräder 14 den Ringteilen 19 naheliegen und die Umfange der Sonnenräder 13 den Umfangen der Planetenräder 14 naheliegen, ist eine maximale Reduzierung der Geschwindigkeit zwischen der Eingangswelle 12 und dem Träger 18 gegeben, während die minimale Reduzierung in der entgegengesetzten Lage erreicht wird.

Entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung sind Mittel zur Reduzierung der Axialkräfte zwischen den Planetenrädern und den Lippen 19a der Ringteile 19 vorgesehen. Diese Kräfte sind eine Folge der Zentrifugalkräfte, die zwischen den Planetenrädern 14 wirken, und können übermäßig hoch sein bei höheren Ausgangs- oder Trägergeschwindigkeiten. Diese Mittel werden von Gegengewichten 50 gebildet, die an den Armen 16 angebracht sind, an denen die Planetenräder 14 angeordnet sind, so daß die Zentrifugalkräfte, die an

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den aus den Rädern 14 und den Armen 16 bestehenden Einheiten wirken, vollständig oder teilweise in Hinblick auf die Bolzen 17 durch die Gegengewichte 50 ausgeglichen sind.

Das aus der Welle 12, den Sonnenrädern 13, den Planetenrädern 14, den Ringteilen 19 und dem Träger 18 bestehende Getriebe ist an ein epicyklisches Räderwerk 52 angekoppelt. Der Träger 18 besitzt ein Sonnenrad 20 des an ihm angeordneten Räderwerks 52, wobei dieses Sonnenrad seinerseits mit einem Satz aus drei Planetenrädern 21 in Eingriff steht. Die Räder 21 sind an Wellen 22 drehbar in Lagern 2 3 angeordnet, die ihrerseits von Büchsen 47 eines Scheibenkäfigs 2 4 getragen sind, der an dem entfernten Ende des Eingangswellenteils 12b befestigt ist. Die anderen Enden der Wellen 22 tragen Räder 25 eines weiteren Satzes von Planetenrädern, die mit einem Ausgangs-Sonnenrad 26 im Eingriff stehen, das an einer Ausgangswelle 27 gelagert ist, die ihrerseits in Lagern 2 8 im Gehäuse 10 aufgenommen ist. Die Räder 21 und 25 sind an den Wellen 22 drehfest festgelegt. Drucklager sind an dem Ende der Lager 2 3 und Büchsen 47 in der Nähe der äußeren Planetenräder 25 vorgesehen. Schultern 48 an den Büchsen 47 bilden eine Fläche für die Druck- bzw. Schubübertragung an den Scheibenkäfig 24. In Übereinstimmung mit einer bevorzugten praktischen Ausfuhrungsform des zweiten Aspektes der Erfindung sind die Räder 25 und 26 schrägverzahnt und so angeordnet, daß dann, wenn das Drehmoment an der Ausgangswelle 27 zunimmt bzw. größer wird, die Räder 25 gegen die Drucklager 30 gedruckt werden und resultierende Axialkraft über die Büchsen 47, den Scheibenkäfig 2 4 und den inneren Schiebeteil 12b der Eingangswelle 12 an das entsprechende Sonnenrad 13 übertragen wird, wodurch ein vergrößerter Axialdruck über die Sonnenräder 13 an die Planetenräder 14 ausgeübt wird. Je größer das Drehmoment ist, desto größer ist der Axialdruck an den Sonnenrädern 13. Die Vorsehung der schrägverzahnten Räder 25 und 26 des epicyklischen Räderwerks 52 sorgt also für eine drehnomentempfindliche Axialbelastung bzv/. Vorspannung an

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den Sonnenrädern 13.

In alternativer Ausbildung können die Räder 20 und 21 anstelle der Räder 25 und 26 schrägverzahnt sein, um so mittels geeigneter Schubübertragungsflächen für die notwendige drehmomentempfindliche Axid.belastung zu sorgen. Es ist zu beachten, daß, obwohl es bei dem zuerst beschriebenen Fall entweder für eines der oder für beide Lager 31 und 32 (Figur 1),die die Eingangswelle 12 tragen, erforderlich ist, daß sie die Axialbelastung absorbieren können, dies bei der alternativen Ausbildung kein notwendiges Erfordernis ist.

Die Figuren 4 bis 8 zeigen mehrere andere Ausbildungen alternativ zu den Gegengewichten 50 der zuerst beschriebenen Ausführungsform zur Erreichung einer Reduzierung der zentrifugal induzierten Axialkraft an den Berührungsflächen zwischen den Planetenrädern 14 und den sich nicht drehenden Ringlippen 19a. Bei der Ausbildung gemäß Figur 4 und 5 ist eine Feder 60 nach Art einer Rattenfallen-Feder an jedem der Bolzen 17 angeordnet, an denen die Arme 16, die die Planetenräder 14 tragen, angeordnet sind. Ein Ende dieser Schraubenfeder 60 ist an dem zugehörigen Bolzen 17 festgelegt, während das andere Ende 61 von dem Bolzen 17 aus vorsteht, einwärts gebogen ist und an einem der Arme 16 festgelegt ist, so daß der Zentrifugalkraft, die an dem Planetenrad 14 wirkt, das von diesem Arm 16 getragen ist, mittels der Feder 60 Widerstand geleistet wird. Die Stärke der Feder 60 kann solchermaßen sein, daß sie die Wirkung der Zentrifugalkräfte teilweise oder vollständig ausgleicht.

Wie etwas schematisch in den Figuren 6 und 7 dargestellt ist, können die Planetenräder 14 unter Bildung eines eingeschlossenen Konuswinkels gestaltet sein, der derart gewählt ist, daß die Axialkräfte an den äußeren Berührungsflächen zwischen den Planetenrädern 14 und den Lippen 19a solcherart minimal!siert werden, daß diese Kräfte umgekehrt proportional zu dem Sinus des halben eingeschlossenen

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Konuswinkels reduziert werden. Zur Vermeidung eines größeren Gewichtes der Planetenräder 14, das sich aus einer Vergrößerung des Konuswinkels ergeben würde, wobei das erhöhte Gewicht den sich aus den größeren Konuswinkel ergebenden Vorteil kompensieren bzw. aufheben könnte, können die Planetenräder 14 gemäß Darstellung in Figur 6 mit Hilfe von ringförmigen Hohlräumen 70 ausgehöhlt sein. Diese Planetenräder 14 können in zwei konischen Teilen hergestellt werden, wobei die Innenfläche jedes Teils mit einer Reihe kreisförmiger Nuten 72 gemäß Darstellung in Figur 7 ausgestattet ist, so daß dann, wenn die beiden Teile zusammengebracht werden, die entsprechenden Nuten 72 gemeinsam die Hohlräume 70 bilden. Die Nuten 72 können, sofern dies gewünscht ist, eine spiralförmige oder radiale Gestaltung besitzen.

In Übereinstimmung mit einer weiteren Alternative können die Planetenräder so gestaltet sein, daß ihre größeren Flächen unter einen jeweiligen bzw. augenblicklichen Winkel zu ihrer Drehachsen geneigt sind, der mit zunehmendem Radius kleiner wird. Eine solche Gestaltung eines Planetenrades 14' ist in Figur 8 dargestellt. Der Vorteil dieser Gestaltung liegt in der Tatsache, daß die Axialkraft, die zwischen den Planetenrädern 14 bzw. 14' und den sich nicht drehenden Ringlippen 19a infolge der Zentrifugalkraft wirkt, die an den Planetenrädern wirkt, über einem Bereich der Arbeitsgeschwindigkeiten oder -bedingungen im wesentlichen konstant gehalten werden kann.

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Lee r s e i t e

Claims

Patentansprüche

I1.Junendlich variierbares epicyklisches übersetzungsgetriebe mit einen Paar auf einer Welle zusammen mit dieser drehbar angeordneter Sonnenräder, wobei mindestens eines dieser Sonnenräder entlang der Welle begrenzt axial bewegbar und mindestens während des Betriebs der Antriebseinrichtung in Richtung auf das andere Sonnenrad gedruckt ist, mit einer Vielzahl von Planetenrädern, die von einen Träger getragen sind, der seinerseits um eine zur Drehachse der Welle konzentrische Achse drehbar angeordnet ist, wobei die Planetenräder einzeln um eine Achse im wesentlichen parallel zu der ersten Welle drehbar und bei Drehung des Trägers in einer zur Achse der Welle normalen Ebene bewegbar sind, mit einem Paar im Abstand voneinander angeordneter, nicht in Drehung stehender, im wesentlichen zu den Sonnenrädern koplanarer und konzentrischer Ringteile, wobei der innere Umfang der Ringteile und der äußere Umfang der Sonnenräder die Planetenräder umfassen

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ORfQlNAL INSPeCTED

und nit diesen mindestens während des Betriebs der Antriebseinrichtung friktionsartig im Eingriff stehen, und nut Mitteln zur Veränderung der radialen Lage der Planetenräder hinsichtlich der Ringteile und der Sonnenräder, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräder

(14) an dem Träger (1S) gelagert sind, indem jedes Planetenrad (14) an einem Ende eines entsprechenden Arms bzw. einer Gabel (16) drehbar angeordnet ist, deren anderes Ende an dem Träger (18) um eine Achse in wesentlichen parallel zu der die Sonnenräder (13) tragenden Welle (12) schwenkbeweglich angeordnet ist, und daß Mittel (50, 60) vorgesehen sind, die mindestens bei Trägergeschwindigkeiten oberhalb eines gegebenen Uertes die zentrifugal induzierten Axialkräfte reduzieren, die zwischen den Planetenrädern (14) und den Ringteilen

(19) auftreten.
2. Übersetzungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftreduzierungsmittel in Vorspannmitteln (50, 6 0) bestehen, die von den Armen oder Gabeln (16) zum Gegenausgleich der Zentrifugalkräfte getragen sind.
3. übersetzungsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannrr.ittel in von den Armen oder Gabeln (16) getragenen Gegengewichten (50) bestehen.
4. übersetzungsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannmittel in zwischen dem Träger (18) und den Armen oder Gabeln (16) wirkenden Federn (60)bestehen.
5. übersetzungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräder (14) je so gestaltet sind, daß ihre größeren Flächen unter einem örtlichen Winkel zu ihrer zugehörigen Drehachse geneigt sind, der mit zunehmendem Radius abnimmt.
6. übersetzungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräder (14) konvex sind und daß der eingeschlossene Konuswinkel so gewählt ist, daß die Axialkräfte

κ P Q ρ τ R / η 7 3 8

unterhalb eines gegebenen Viertes auf der Basis gehalten sind, daß diese Kräfte umgekehrt proportional zu dem Sinus des halben eingeschlossenen Konuswinkels reduziert sind.
7. übersetzungsgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Konus mit ringförmigen Hohlräumen (70) zur Gewichtsreduzierung ausgestattet ist.
8. Übersetzungsgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräder (14) entlang ihrer zugehörigen Drehachsen begrenzt so verschiebbar sind, daß sie jederzeit im wesentlichen normal zu dieser Drehachse gehalten sind.
9. Übersetzungsgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ankopplung an ein epicyklisches Räderwerk (52).
10. Übersetzungsgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß drei Planetenräder (14) vorgesehen sind.
11. Unendlich variierbares epicyklisches übersetzungsgetriebe, angeschlossen an ein epicyklisches Räderwerk und mit einem Paar auf einer Welle zusammen mit dieser drehbar angeordneter Sonnenräder, wobei mindestens eines dieser Sonnenräder entlang der Welle begrenzt axial bewegbar und mindestens während des Betriebs der Antriebseinrichtung in Richtung auf das andere Sonnenrad gedrückt ist, mit einer Vielzahl von Planetenrädern, die von einem Träger getragen sind, der seinerseits um eine zur Drehachse der Welle konzentrische Achse drehbar angeordnet ist, wobei die Planetenräder einzeln um eine Achse im wesentlichen parallel zu der ersten VieHe drehbar und bei Drehung des Trägers in einer zur Achse der Welle normalen Ebene bewegbar sind, mit einem Paar im Abstand voneinander angeordneter, nicht in Drehung stehender, im wesentlichen zu den Sonnenrädern koplanarer und konzentrischer Ringteile, wobei der innere Umfang der

Ringteile und der äußere Umfang der Sonnenräder die Planetenräder umfassen und mit diesen mindestens während des Betriebs der Antriebseinrichtung friktionsartig im Eingriff stehen, und mit Mitteln zur Veränderung der radialen Lage der Planetenräder hinsichtlich der Ringteile und der Sonnenräder, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Sonnenräder (13) in Richtung auf das andere mit Hilfe von schrägverzahnten Rädern (25, 26; 20, 21) des Räderwerks (52) gedrückt ist, um ein auf den axialen Druck an dem Sonnenrad empfindliches Drehmoment zu liefern.
12. übersetzungsgetriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das epicyklische Räderwerk (52) über ein Sonnenrad (20) und einen Satz von mit dem Sonnenrad (20) in Eingriff stehenden Planetenrädern (21) verfügt, wobei die Sonnenräder (20) und ihre zugehörigen Sätze von Planetenrädern (21) die schrägverzahnten Räder des Räderwerks (52) bilden.
13. übersetzungsgetriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (18) an das Räderwerk (52) angekoppelt ist, wobei dieses über miteinander kämmende Sonnen- und Planetenräder (20, 21) verfügt, die die schrägverzahnten Räder des Räderwerks (52) bilden, wobei die Schubbelastung bzw. der Druck an die Sonnenräder (13) mittels eines Käfigs (2 4) übertragen wird, der an der erstgenannten Welle (12) in Berührung mit einem Sonnenrad (20) angeordnet ist und die schrägverzahnten Planetenräder (21) trägt.

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