DE3603676C2

DE3603676C2 -

Info

Publication number: DE3603676C2
Application number: DE19863603676
Authority: DE
Inventors: Tilman Dipl.-Ing. 5170 Juelich De Wallroth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-02-06
Filing date: 1986-02-06
Publication date: 1988-11-03
Also published as: DE3603676A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kugelscheibengetriebe mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Kugelgetriebe ist aus der US-PS 25 36 992 bekannt. Dieses bekannte Getriebe, bei dem über den Käfig abgetrieben wird, reduziert die Eingangsdrehzahl auf den halben Wert. Es wirkt jedoch nicht als Überlastkupplung, weil im Überbrückungszustand die formschlüssige Verbindung direkt zwischen An- und Abtriebselement erfolgt. Außerdem ermöglicht es keine Umkehr der Drehrichtung des Abtriebselementes.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ausgehend von dem bekannten Kugelscheibengetriebe, ein einfaches und billig herzustellendes Kugelscheibengetriebe zu schaffen, bei dem bei laufender Antriebswelle sowohl das Einkuppeln des Getriebes als auch das Drehen der Abtriebswelle im umgekehrten Drehsinn zum Antriebselement möglich ist. Dabei soll das Getriebe unabhängig von der Drehrichtung der Abtriebswelle als Drehmomentbegrenzer wirken.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein Getriebe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Umkehrung der Antriebsdrehzahl sowie die Realisierung als Drehmomentbegrenzer ist beim Kugelscheibengetriebe gemäß der Erfindung, bei dem im Reibbetrieb der Käfig stillsteht und über den anderen Drucktellern abgetrieben wird, aufgrund der gegenüber dem bekannten Getriebe unterschiedlichen Ankopplung möglich.

Zwar sind in der GB-PS 11 92 361, in der ein Getriebe für einen Rasenmäher beschrieben ist, schon verschiedene Ankopplungsmöglichkeiten eines dreiteiligen Getriebes angedeutet. So ist darin ausgeführt, daß das in dieser Druckschrift näher beschriebene Getriebe, bei dem der Käfig mit der Abtriebswelle verbunden ist, dahingehend geändert werden können, daß die Bremse auf den Käfig wirkt und der zweite Druckteller mit der Abtriebswelle verbunden ist, wodurch sich aus kinematischen Gründen eine Umkehrung der Antriebsdrehzahl ergibt. Auch ist aus dem Industrieanzeiger Nr. 44 vom 30.05.1972 die Nutzung eines Kugelscheibengetriebes als Drehmomentbegrenzer bekannt.

Die Ausbildung des Getriebes gemäß der Erfindung mit integrierter Überlastkupplung und schaltbarem Rückwärtsgang ist jedoch - ausgehend von dem aus der US-PS 25 36 992 bekannten Getriebe - nicht ohne größere Umkonstruktion möglich.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung des Kugelscheibengetriebes gemäß der Erfindung weist die Merkmale gemäß Anspruch 2 auf.

Für die Drehrichtungumkehr bei Verbrennungsmotoren sind bislang äußerst aufwendige mechanische Getriebe erforderlich, die darüberhinaus auch relativ störanfällig sind.

Das Getriebe gemäß der Erfindung ist ein vollwertiges Rückwärtsganggetriebe, welches nicht nur durch extreme Kompaktheit, sondern auch Betriebssicherheit eine Neuheit auf dem Modell-Antriebssektor darstellt.

Neben Geräuscharmut ist auch der Wirkungsgrad bemerkenswert, denn aufgrund des Konzeptes entstehen beispielsweise nur in der Umkehrfunktion technisch bedingte geringe Verluste. Somit ist es durchaus sinnvoll, das Getriebe im Modellschiff oder gar bei der Dampfmaschine anzuwenden.

Besonders geeignet ist das Getriebe jedoch für Modellfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor. Aus diesem Grunde ist die Mechanik so aufgebaut, daß ohne nennenswerten Aufwand die Montage auch für den weniger Geübten möglich ist.

Ausführungsbeispiele des Getriebes gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Die Seitenansicht einer Ausführungsart des Getriebes mit getrennter Welle für Antriebs- und -Abtriebselement.

Fig. 2 Explosionsdarstellung einer Ausführungsform des Getriebes mit gemeinsamer Welle für Antriebs- und Abtriebselement.

Fig. 3 Eine Seitenansicht, Draufsicht und Teilschnitt in Ausführungsform des Getriebes gemäß Fig. 2.

Fig. 1
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist die Vorrichtung einen Kugelkäfig 1 auf, der zwischen dem Antriebsdruckteller 2 und dem koaxial zum Antriebsteller 2 gelagerten Abtriebsteller 3 des Abtriebselementes frei drehbar ist. Antriebsteller 2 bzw. Antriebswelle 4 sind im Lager 5 und Abtriebswelle 3 bzw. Abtriebswelle 6 im Lager 7 gelagert. Beide Lager stehen mit der Grundplatte 8 in fester Verbindung.

Der Kugelkäfig 1 ist auf der Antriebswelle 4 frei drehbar gelagert.

Im Kugelkäfig 1 sind Öffnungen vorgesehen, in denen sich die Kugeln 9 - von denen in Fig. 1 nur zwei erkennbar sind - befinden. Die Kugeln ragen über die Seitenflächen des Kugelkäfigs 1 hinaus und liegen an beiden Drucktellern an. Zur Erzeugung eines Antriebsdruckes zwischen den Kugeln und den beiden Drucktellern ist eine Druckfeder 10 vorgesehen.

Zum Einkuppeln des Antriebselementes ist Kugelkäfig 1 in axialer Richtung auf den Abtriebsdruckteller 3 hin verschiebbar, was unter der Kraft der Druckfeder 11 zwangsläufig geschieht. Zur formschlüssigen Verbindung des Kugelkäfigs mit dem Abtriebsdruckteller sind Stifte 12 vorgesehen, die bei in Richtung des Abtriebsdrucktellers bewegten Kugelkäfig in korrespondierenden Löchern im Abtriebsteller 3 einrasten.

Um das Abtriebselement im umgekehrten Drehsinn (Rückwärts) zu bewegen, wird der Kugelkäfig abgebremst. Hierzu sind im Kugelkäfig Mitnehmer 13 sowie auf der Grundplatte 8 ein Anschlag 14 vorgesehen. Wird der Kugelkäfig mittels des Schalthebels 15 in Richtung des Antriebsdrucktellers 2 und gegen den Andruck der Feder 11 bewegt, so wird der Mitnehmer 13 von Anschlag 14 aufgehalten und so der Kugelkäfig auf Stillstand abgebremst. Die im Kugelkäfig rotierenden Kugeln 9 bewirken dann eine entgegengesetzte Drehung der beiden Druckteller und somit eine Drehung des Abtriebselementes im Gegensinn zum Antriebselement.

Fig. 2
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist das Getriebe mehr Einzelteile auf, als in Fig. 1 beschrieben. Es handelt sich in diesem Falle um eine praktische Anwendungsform mit in sich geschlossenem Andrucksystem über nur eine Zentralwelle. Während bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform das Abtriebselement im Wesentlichen aus Abtriebswelle 6 und Abtriebsteller 3 besteht, besteht es hier im Wesentlichen aus Abtriebsteller 3 und Stirnzahnrad 6 b.

Zur Verdeutlichung der Explosionsdarstellung werden die Komponenten im Folgenden näher erläutert:
(Anmerkung: die Elemente einer Baugruppe sind jeweils einem Hauptbezugszeichen zugeordnet und werden als entsprechende Untergruppe aufgeführt. Die technische Erläuterung erfolgt in montagebedingter Reihenfolge.)

Fig. 3
In Fig. 3 wird das Getriebe gemäß Fig. 2 als kompakte - zusammengebaute - Einheit dargestellt. Es werden drei technische Ansichten des einbaufertigen Getriebes gezeigt, wie es in einem Fahrzeugmodell mit Verbrennungsmotor-Antrieb allgemein eingesetzt wird.

Als Antrieb wird ein Keilriemengetriebe mit Keilriemenrad, als Abtrieb ein Zahnradgetriebe verwendet. Als Abtriebselement dient das Stirnzahnrad 6 b.

Die (obere) Seitenansicht beinhaltet folgende Elemente:
Die Antriebswelle 4, die in den beiden Lagerblöcken 5 und 7 b geführt ist. Die komplette Druckkugel-Einheit, bestehend aus (u. a.) Antriebsdruckteller 2, Mitnehmerstiften 13, Kugelkäfig 1, Vorwärtsmitnehmer-Stiften 12 und Abtriebsdruckteller 3. Daran formschlüssig angekuppelt befindet sich das Stirnzahnrad 6 b, welches wiederum die Druck-Kugellagereinheit 10.1 aufnimmt, um den durch das Druckelement (Tellerfeder 10) aufgebauten Axialdruck zu kompensieren.

Die aufgebaute Druckkomponente wird durch die Justagemutter 10.2 abgefangen. Der rechte Lagerbock ist als Festlager 7.1 ausgeführt, um eine konstante Axiallage der Welle 4 zu gewährleisten. Der linke Lagerblock 5 ist hingegen als Loslager - zum Beispiel mit einem Nadellager - ausgerüstet.

Ansicht A-A
Auf der Grundplatte 8 befindet sich der fest verschraubte Anschlag 14 in Form eines Stahlriegels. In dem hier gezeigten Beispiel in "Rechtsposition", d. h. der Antrieb ist für Rechtslauf - wie bei den Verbrennungsmotoren üblich - ausgelegt.

Weiterhin ist auf der geschnittenen Seitenansicht der Antriebsdruckteller 2, der dadurch teilweise verdeckte Kugelkäfig 1 mit seinen - hier vier Stück - Anschlagstiften 13 zu sehen. Dahinter befindet sich der ebenfalls mittels einer Aufnahme 15.3 auf der Grundplatte befestigte Schalthebel. Als Schaltelement 15.2 dient eine eingeschraubte Mitnehmerbuchse zur Aufnahme des Schaltgestänges, welches - wie im Modellbau allgemein üblich - durch ein elektromechanisches Kleinservobetätigt wird, um dadurch die Umkehrfunktion mit relativ geringem Kraftaufwand einzuleiten.

Fig. 3
Draufsicht
Die Draufsicht des fertig montierten Getriebes zeigt recht anschaulich den Schaltvorgang.

Wie insgesamt in Fig. 3 dargestellt, wird die Schaltposition "Umkehrung" gezeigt. Der Brems- und Schalthebel 15 drückt über die Gleitstifte 15.1 den Kugelkäfig 1 gegen den Antriebsdruckteller 2. Mit der Folge, daß einmal die Vorwärtsmitnehmer-Stifte 12 aus den Kupplungsbohrungen des Abtriebsdrucktellers 3 gefahren werden, die Rückwärtsmitnehmer 13 hingegen in den Anschlags- bzw. Abbremsbereich des Anschlags 14 gelangen. Eine Abbremsung ist damit eindeutig sichergestellt.

Die nunmehr reibschlüssige Abrollfunktion der Stahlkugeln 9 gegen die beiden Stirnflächen der An- und Abtriebsdruckteller 2 und 3 sorgt für eine unvermittelte Umkehr der Abtriebsdrehrichtung.

Das hier vorgestellte Gesamtkonzept ermöglicht Drehrichtungsumkehrungen ohne nennenswerte Verluste bzw. Reibungen. Wobei im schaltlosen Zustand (z. B. "Vorwärts") keinerlei Einbußen auftreten.

Die gehärteten (Kugellager-) Kugeln laufen nahezu geräusch- und verschleißlos auf den ebenfalls gehärteten Tellerflächen ab. Durch entsprechendes Verdrehen der Stellmutter 10.2 ist eine sehr feinfühlige Andruckverstellung gewährleistet.

Im Falle einer plötzlichen Überlastung der Antriebsmechanik übernimmt das Kugelsystem die Funktion einer drehmomentabhängigen Rutschkupplung.

Eine Ausführungsform des Getriebes entsprechend den Fig. 2 und 3 erlaubt Leistungsübertragungen bis gut 1.5 KW bei Drehzahlen über 25 000 Upm Dauer. Mithin in dieser Größenordnung - siehe Maßstab - sehr gut für handelsübliche Hochleistungs-Verbrennungs- Motore geeignet, da deren Leistungs- und Drehzahlspektrum dort angesiedelt ist.

Claims

1. Kugelscheibengetriebe mit

a) einem scheibenförmigen Kugelkäfig (1), der zwischen einem Druckteller (2) des Antriebselementes (Antriebsdruckteller) und einem koaxial zum Antriebsdruckteller gelagerten Druckteller (3) frei drehbar und koaxial zu diesen beiden Drucktellern gelagert ist.
b) wobei wenigstens drei im Kugelkäfig in äquidistant angeordneten Öffnungen befindliche Kugeln (9) vorgesehen sind, die über die beiden Seitenflächen des Kugelkäfigs (1) hinausragen und an den beiden Drucktellern anliegen,
c) wobei ein Druckelement (10) zur Erzeugung eines Antriebsdruckes zwischen den Kugeln und den beiden Drucktellern vorgesehen ist,
d) und wobei Mittel zur formschlüssigen Verbindung des Kugelkäfigs (1) mit einem der beiden Druckteller (3) vorgesehen sind, die darin bestehen, daß der Kugelkäfig axial verschiebbar ist und Stifte (12) aufweist, die in korrespondierenden Bohrungen in dem einen Druckteller durch Bewegen des Kugelkäfigs zu diesem hin einrastbar sind und
e) daß eine Druckfeder (11) zwischen Antriebsdruckteller (2) und Kugelkäfig (1) vorgesehen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß der koaxial zum Antriebsdruckteller (2) gelagerte Druckteller (3) mit dem Kugelkäfig (1) formschlüssig verbindbar ist, außerdem mit dem Abtriebselement fest verbunden und somit als Abtriebsdruckteller ausgebildet ist, sodaß das Einkuppeln des Getriebes durch formschlüssiges Verbinden von Kugelkäfig und Abtriebsdruckteller erfolgt, wobei Abtriebsdruckteller und Kugelkäfig über die Kugeln (9) durch Reibschluß verbunden sind und daß eine Bremseinrichtung (13, 14, 15) zum Abbremsen des Kugelkäfigs vorgesehen ist, die bei nicht mit dem Abtriebsdruckteller verbundenem, abgebremsten Kugelkäfig eine Umkehr der Drehrichtung des Abtriebselementes durch die auf beiden Drucktellern abrollenden Kugeln (9) bewirkt.

2. Kugelscheibengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung darin besteht, daß der Durchmesser des Kugelkäfigs (1) größer ist als der Durchmesser des Antriebsdrucktellers (2) und daß der Kugelkäfig in dem den Antriebsdruckteller überragenden Teil wenigstens einen Mitnehmer (13) zur Seite des Antriebsdrucktellers aufweist und daß ein Anschlag (14) vorgesehen ist, der in der Bewegungsbahn des Mitnehmers bei in Richtung des Antriebsdrucktellers bewegtem Kugelkäfig liegt.