DE4017613C2 - - Google Patents
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16H15/00—Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by friction between rotary members
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- F16H15/44—Gearings providing a continuous range of gear ratios in which two members of non-uniform effective diameter directly co-operate with one another
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Description
Die Erfindung betrifft ein Reibradgetriebe mit stufenlos verstellbarer
Übersetzung, umfassend ein Gehäuse mit einem Paar
von Wälzradanordnungen, wobei jede Wälzradanordnung folgendes
aufweist: ein Kupplungsrad in Form eines Kegelrades; ein Wälzrad
mit einem daran angeordneten weiteren Kegelrad, das mit
dem Kegelrad des Kupplungsrades kämmt; und ein Drehachsenteil,
welches das Kupplungsrad und das Wälzrad drehbar lagert, wobei
das Wälzrad mit einer rotationssymmetrischen Außenumfangsfläche
versehen ist und wobei das Drehachsenteil von dem Gehäuse
in der Umfangsrichtung des Kupplungsrades drehbar gelagert
ist; wobei das Paar von Wälzradanordnungen parallel zueinander
in dem Gehäuse derart montiert ist, daß die Achsen der Kupplungsräder
parallel zueinander liegen, während die Achsen der
Wälzräder senkrecht zu diesen Achsen der Kupplungsräder verlaufen,
und wobei die Wälzräder an ihrem jeweiligen Außenumfang
miteinander in Berührung stehen; eine Eingangswelle, die
an das Kupplungsrad der einen Wälzradanordnung angeschlossen
ist; eine Ausgangswelle, die an das Kupplungsrad der anderen
Wälzradanordnung angeschlossen ist; und eine Anpreßdruck-Einstelleinrichtung,
die den Anpreßdruck der Wälzräder in Abhängigkeit
vom Drehmoment verändert.
Ein derartiges Reibradgetriebe ist aus der US-PS 17 93 571 bekannt,
wobei die Wälzräder bei dieser herkömmlichen Anordnung
als kugelförmige Teile ausgebildet sind. Bei einer ersten dort
beschriebenen Ausführungsform ist das Innenteil eines Wälzrades
mit einer oder mehreren Rollen versehen, die aus gegenüberliegenden,
keilförmig ausgebildeten Schrägflächen rollen
können, welche auf einer Nabe eines Kegelrades ausgebildet
ist. Bei einer anderen Ausführungsform gemäß der
US-PS 17 93 571 ist ein Teil eines Wälzrades mit einer Gewindebohrung
versehen, während die Nabe des Kegelrads mit einem
Außengewinde versehen ist und mit diesem Teil mit Innengewinde
zusammenwirkt. Auf diese Weise kann das Teil, welches das
Wälzrad trägt, relativ zu dem Kegelrad bewegt werden, um den
Anpreßdruck einzustellen.
Bei dem Reibradgetriebe gemäß der US-PS 17 93 571 ist weiterhin
ein Übersetzungs-Einstellmechanismus vorgesehen, welcher
der Eingangswelle und der Ausgangswelle zugeordnet ist, die
jeweils ein Zahnradsegment tragen und die über eine Doppelzahnstange
miteinander gekoppelt sind. Durch eine Verschiebung
dieser Doppelzahnstange läßt sich die relative Stellung der in
entsprechenden Rahmen gelagerten Wälzräder einstellen.
Aus der DE-PS 8 21 579 ist ein Reibradgetriebe bekannt, bei dem
Wälzkörper zwischen Laufringen eingespannt sind und die Drehmomentübertragung
durch einen Wälzkörperkäfig mit veränderbarer
Übersetzung erfolgt. Bei diesem herkömmlichen Reibradgetriebe
ist weder eine spezielle Formgebung der Wälzräder vorgesehen
noch eine spezielle Anpreßdruck-Einstelleinrichtung
mit einer Federanordnung vorgesehen, die auf die Drehachsenteile
der Wälzradanordnung wirken könnte.
Die AT-PS 1 70 741 beschreibt ein Reibradgetriebe mit einer
selbsttätig veränderlichen Übersetzung, das mit einem Planetengetriebe
zusammenwirkt. Zwischen zwei ersten kegelförmigen
Reibkörpern sitzt ein zweiter Reibkörper, der auf einer Welle
befestigt ist. Die beiden ersten kegelförmigen Reibkörper sind
mit Federn gegeneinander vorgespannt. Die spezielle Gestalt
der Wälzräder spielt dort keine Rolle, auch eine Anpreßdruck-Einstelleinrichtung,
die auf die Drehachsenteile der Wälzkörperanordnung
einwirkt, ist dort nicht vorgesehen.
Die CH-PS 6 28 124 beschreibt ein Antriebsaggregat mit zwei geneigt
zueinander angeordneten Reibrädern, wobei dort ein kugelkalottenförmiges
Reibrad vorgesehen ist, das auf einem Rad
abrollt, wobei das Reibrad kardanisch gelagert ist. Eine spezielle
Formgebung des Reibrades ist dort nicht vorgesehen. Wegen
der speziellen Konstruktion des Antriebsaggregates ist
auch keine Anpreßdruck-Einstelleinrichtung mit Federanordnung
vorgesehen, die auf die Drehachsenteile der Wälzräder wirkt.
Bei Reibradgetrieben mit stufenlos verstellbarer Übersetzung
bestehen zwei grundsätzliche Anforderungen. Die erste Anforderung
besteht darin, daß ein Anpreßdruck im Wälzrad-Berührungsbereich
von einer Anpreßdruck-Einstelleinrichtung ausgeübt
wird, so daß eine geeignete Reibung zwischen den Paaren von
Wälzrädsern erzeugt wird. Die zweite Anforderung besteht darin,
daß eine Betätigungskraft auf den Wälzrad-Berührungsbereich
mit einer Übersetzungseinstelleinrichtung ausgeübt wird, so
daß sich der Berührungsbereich verschieben läßt. Der Anpreßdruck
muß dabei einen Wert haben, der für eine erforderliche
Reibungskraft sorgt, die zur Übertragung eines Drehmomentes zu
jedem Zeitpunkt erforderlich und ausreichend ist.
Dabei ist ein übermäßig hoher Anpreßdruck insofern sehr nachteilig,
als er Reibungsverluste mit sich bringt, die bei der
Energieübertragung verlorengehen. Es ist daher erforderlich,
einen solchen übermäßigen Anpreßdruck zu verhindern, damit in
idealer Weise der Wirkungsgrad der Energieübertragung des
Reibradgetriebes erhöht wird.
Die vorstehend erwähnte Betätigungskraft ist wichtig für die
Bestimmung der Steuerfunktion des Reibradgetriebes, und wenn
diese Betätigungskraft mit einer geeigneten Übersetzungseinstelleinrichtung
im Verhältnis zum Übertragungsdrehmoment zu
jedem Zeitpunkt geändert werden kann, so läßt sich eine ideale
stufenlos verstellbare Übersetzungsfunktion erreichen, bei der
das Übersetzungsverhältnis automatisch in Abhängigkeit von dem
Übertragungsdrehmoment gesteuert werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Reibradgetriebe
mit stufenlos verstellbarer Übersetzung anzugeben, das
einen in sich geschlossenen, unabhängigen mechanischen automatischen
Steuermechanismus enthält, derart, daß das Reibradgetriebe
bei der Energieübertragung einen besonders hohen Wirkungsgrad
besitzt, ohne daß dazu ein komplizierter Aufbau der
Anordnung erforderlich ist.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, ein Reibradgetriebe
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die beiden
Wälzräder jeweils eine Außenumfangsfläche in Form einer Rotationsfläche
haben, deren Erzeugende ein definierter Abschnitt
einer Evolvente ist, die in Abhängigkeit von einem Kreis gebildet
ist, dessen Mittelpunkt auf der Schwenkachse der Wälzräder
liegt, und daß die Anpreßdruck-Einstelleinrichtung eine
Federanordnung aufweist, die auf die Achsen der Drehachsenteile
jeweils ein Drehmoment ausübt, welches über die Drehachsenteile
auf die Wälzräder übertragen wird und deren relative
Position zueinander einstellt.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Reibradgetriebes ist
vorgesehen, daß die Anpreßdruck-Einstelleinrichtung folgendes
aufweist: erste und zweite Zahnräder, die auf Verlängerungen
der Achsen der Drehachsenteile angeordnet sind und die miteinander
kämmen; erste und zweite Anpreßdruckringe, die an jeweils
vorstehenden Enden der Achsen befestigt sind; und erste
und zweite Spiralfedern, welche jeweils das erste Zahnrad mit
dem ersten Anpreßdruckring und das zweite Zahnrad mit dem
zweiten Anpreßdruckring koppeln.
Bei einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Reibradgetriebes ist vorgesehen, daß die Spiralfedern um die
jeweiligen Enden der Achsen gewickelt sind und an Zapfen angreifen,
die gegenüberliegenden Paaren von Zahnrad und Anpreßdruckring
zugeordnet sind.
Bei einer anderen speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Reibradgetriebes ist vorgesehen, daß ein erster Zapfen
am ersten Zahnrad und ein zweiter Zapfen am ersten Anpreßdruckring
befestigt sind, daß ein dritter Zapfen am zweiten
Anpreßdruckring befestigt ist und daß ein vierter Zapfen am
Gehäuse befestigt ist und durch ein Langloch im zweiten Zahnrad
in den Raum zwischen dem zweiten Zahnrad und dem zweiten
Anpreßdruckring vorsteht.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von
Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 eine Schnittansicht zur Erläuterung einer Wälzradanordnung
des Reibradgetriebes;
Fig. 2 eine Schnittansicht der Wälzradanordnung längs der Linie
II-II in Fig. 1;
Fig. 3 eine Schnittansicht der Wälzradanordnung zur Erläuterung
ihrer Konfiguration;
Fig. 4 einen Längsschnitt zur Erläuterung des Gesamtaufbaus
des Reibradgetriebes mit stufenlos verstellbarer Übersetzung;
Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 4; und in
Fig. 6 eine Seitenansicht des Reibradgetriebes mit stufenlos
verstellbarer Übersetzung.
Nachstehend wird eine Ausführungsform des Reibradgetriebes gemäß
der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 6 erläutert,
in denen das Reibradgetriebe mit seinen Einzelheiten
dargestellt ist und folgendes aufweist: ein Paar von
Wälzradanordnungen 40, die mit 40a und 40b bezeichnet sind und
jeweils ein Wälzrad 10 haben; ein Kupplungsrad 20 sowie ein
Drehachsenteil 30, um das Wälzrad 10 und das Kupplungsrad 20
drehbar zu lagern.
Die Wälzradanordnungen 40 sind in einem Gehäuse 50 drehbar
gelagert. Das Wälzrad 10 hat eine Wälzfläche 11 auf seinem
Außenumfang, ein Kegelrad 12 konzentrisch mit der Wälzfläche 11
des Wälzrades 10 sowie ein Lager 13. Das Kupplungsrad 20 hat
ein Kegelrad 21, das mit dem Kegelrad 12 des Wälzrades 10
kämmt, und ein Lager 22.
Das Drehachsenteil 30 weist eine Wälzrad-Trägerachse 31 und
eine Kupplungsrad-Trägerachse 32 auf und hat eine im
wesentlichen T-förmige Konfiguration, wobei das eine Ende der
Wälzrad-Trägerachse 31 integral an der Mitte der Kupplungsrad-
Trägerachse 32 befestigt ist, so daß sie sich senkrecht
zueinander erstrecken.
Das Drehachsenteil 30 lagert in drehbarer Weise das Wälzrad 10
mit seiner Trägerachse 31 über das Lager 13 und das Kupplungs
rad 20 mit seiner Trägerachse 32 über das Lager 22. Das Gehäuse
50 lagert drehbar die Kupplungsrad-Trägerachse 32 über Lager 51
und 52, so daß jede der Wälzradanordnungen 40 um die Achse der
Trägerachse 32 drehbar ist.
Die Konfiguration der Wälzfläche 11 des Wälzrades 10 wird
nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 3 näher erläutert. In
Fig. 3 haben die Bezugszeichen folgende Bedeutung: P ist der
Punkt, durch den die Achse der Kupplungsrad-Trägerachse 32
hindurchgeht; M ist die Achse der Wälzrad-Trägerachse 31; T
bezeichnet die Kontur der Wälzfläche 11; C bezeichnet einen
Kreis mit einem vorgegebenen Radius um den Punkt P; und J
bezeichnet einen Teil der Evolvente, die unter Verwendung des
Kreises C als Basiskreis gebildet wird.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, kann die Konfiguration der
Wälzfläche 11 definiert werden als
Außenumfangsfläche in Form einer Rotationsfläche, deren
Erzeugende ein definierter Abschnitt T der Evolvente J
ist, die in Abhängigkeit von dem Kreis C gebildet
wird, dessen Mittelpunkt P auf der Schwenkachse
des Wälzrades 10 liegt. Die Wälzfläche wird erhalten,
indem man
einen vorgegebenen kontinuierlichen Abschnitt, der ein
Kurvenabschnitt T der Evolventen J zwischen den Punkten bei den
Winkeln R1 und R2 vom Ausgangspunkt der Evolventen J, ausgehend
von dem Basiskreis C mit vorgegebenem Durchmesser und Zentrum
im Punkt P ist, eine vollständige Rotation um die Achse M der
Wälzrad-Trägerachse 31 ausführen läßt.
Damit haben die Konturen der Wälzfläche 11, die an zwei Punkten
auf dem Abschnitt des Wälzrades 10 erscheinen, eine spiegel
bildliche Relation zueinander bezüglich der Achse M der
Wälzrad-Trägerachse 31.
Die Wirkungsweise der Wälzradanordnung 40 wird nachstehend
näher erläutert. Wenn eines von Wälzrad 10 und Kupplungsrad 20
dazu gebracht wird, das andere anzutreiben, so werden diese
Räder in einen Zustand gebracht, in welchem ein Drehmoment
entsprechend dem Verhältnis der Zähnezahlen der Kegelräder 12
und 21 um die jeweilige Drehachse wechselseitig aufeinander
wirkt.
Außerdem wird ein Zustand erzeugt, in welchem ein Drehmoment,
gleich dem auf das Kupplungsrad 20 wirkenden Drehmoment, um die
Achse der Kupplungsrad-Trägerachse 32 auf das Wälzrad 10
ausgeübt wird. Wenn unter diesen Umständen ein Reaktionsdreh
moment, welches mit dem Drehmoment um die Kupplungsrad-Träger
achse 32 ausgeglichen ist, in geeigneter Weise an dem Wälzrad
10 angreift und wenn die gesamte Wälzradanordnung 40 in einer
beliebigen Position gehalten wird, so daß sie nicht um die
Achse der Kupplungsrad-Trägerachse 32 gedreht wird, dann drehen
sich das Wälzrad 10 und das Kupplungsrad 20 um die jeweiligen
Drehachsen mit einer Drehzahl in Abhängigkeit vom umgekehrten
Verhältnis zum Verhältnis der Zähnezahlen der Kegelräder, um
auf diese Weise die Rotationsenergie zwischen ihnen zu
übertragen.
Mit anderen Worten, wenn das Wälzrad 10 um das Kupplungsrad 20
Rotationsenergie übertragen, so wirkt ein Drehmoment, das
gleich dem Übertragungsdrehmoment auf der Seite des Kupplungs
rades 20 ist, auf das Wälzrad 10 als Drehmoment um die Achse
der Kupplungsrad-Trägerachse 32. Diese Art der Wirkungsweise
stellt eines der Merkmale des erfindungsgemäßen Reibradgetriebes
dar.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 6 folgt nunmehr eine
detaillierte Beschreibung eines Reibradgetriebes mit stufenlos
verstellbarer Übersetzung mit einem Paar von Wälzradanordnungen
der oben beschriebenen Art. In den Fig. 4 bis 6 weist das Reibrad
getriebe mit stufenlos verstellbarer Übersetzung ein Gehäuse 50
auf, das einen äußeren Rahmen bildet, in welchem eine
eingangsseitige Wälzradanordnung 40a drehbar gelagert ist von
am Gehäuse 50 montierten Lagern 51a und 52a, und in welchem
eine ausgangsseitige Wälzradanordnung 40b drehbar gelagert ist
von am Gehäuse 50 montierten Lagern 51b und 52b.
Auch wenn diese Wälzradanordnungen 40a und 40b der Wälzradanord
nung 40 gemäß Fig. 1 und 2 entsprechen, sind sie in diesen
Figuren mit den entsprechenden Bezugszeichen gemäß Fig. 1 und 2
sowie den Zusätzen ª bzw. b bezeichnet, welche die Komponenten
auf der Eingangsseite (ª) bzw. auf der Ausgangsseite (b)
bezeichnen.
Das bedeutet, dieses Reibradgetriebe mit stufenlos verstellbarer
Übersetzung wird gebildet durch Anbringen der Wälzradanordnung
40a auf der Eingangsseite und der Wälzradanordnung 40b auf der
Ausgangsseite in einer solchen Anordnung, daß die Achsen ihrer
Kupplungsrad-Trägerachsen 32a und 32b parallel zueinander
verlaufen, daß die Achsen der Wälzräder 10a und 10b in einer
Ebene senkrecht zu den Achsen der Kupplungsrad-Trägerachsen 32a
und 32b liegen, und daß die Wälzflächen 11a und 11b miteinander
in Berührung stehen.
Das eine Ende von jeder der Kupplungsrad-Trägerachsen 32a und
32b steht nach außen vor und geht durch eine Seitenwand des
Gehäuses 50 hindurch. Ein Kegelrad 61 ist an der Spitze einer
Eingangswelle 60a vorgesehen, und dieses Kegelrad 61a ist in
Umfangsrichtung drehbar, aber axial unbeweglich bezüglich des
Gehäuses 50 von einem Lager 53a gelagert, das am Gehäuse 50
montiert ist.
In gleicher Weise ist ein Kegelrad 61b an der Spitze einer
Ausgangswelle 60b vorgesehen, und dieses Kegelrad 61b ist in
Umfangsrichtung drehbar, aber axial unbeweglich bezüglich des
Gehäuses 50 von einem Lager 53b gelagert, das am Gehäuse 50
montiert ist.
Die Komponenten 70a, 70b, 80a, 80b bilden eine
Anpreßdruck-Einstelleinrichtung mit einer Federanordnung
80a, 80b, die auf die Trägerachsen
32a, 32b der Drehachsenteile 30a, 30b jeweils ein Drehmoment
ausübt, das über diese auf die Wälzräder 10a, 10b
übertragen wird.
Ein erstes Zahnrad 70a sitzt lose über
einem Vorsprung der Kupplungsrad-Trägerachse 32a, und ein
Zapfen 71 zum Anschließen einer Feder, die
nachstehend näher erläutert ist, ist daran starr montiert.
Ein erster Anpreßdruckring 75a ist an einem vorstehenden Ende der
Kupplungsrad-Trägerachse 32a integral befestigt, und in diesen
ist ein Zapfen 76a eingesetzt zur Verbindung mit der
Feder, wie es nachstehend erläutert ist. Ein
zweites Zahnrad 70b kämmt mit dem ersten Zahnrad
70a und hat ein Positionierungsloch 72, durch welches ein
Zapfen hindurchgeht, um eine Feder in der
nachstehend beschriebenen Weise zu halten.
Ein zweiter Anpreßdruckring 75b ist an dem vorstehenden Ende
der Kupplungsrad-Trägerachse 32b integral befestigt und hat
einen eingesetzten Zapfen 76b, der mit einer
Feder in der nachstehend beschriebenen Weise verbunden
ist.
Ein Zapfen 55, der am Gehäuse 50 zur Halterung der
einen Feder angebracht ist, ist so angeordnet, daß er
sich durch das Positionierungsloch 72 des zweiten
Zahnrades 70b erstreckt, so daß der Bereich der Schwenkbewegung
des zweiten Zahnrades 70b durch den Zapfen 55
begrenzt ist. Eine erste Spiralfeder 80a ist zwischen
dem Zapfen 71 und dem Zapfen 76a vorgesehen, und eine
zweite Spiralfeder 80b ist zwischen dem Zapfen 55 und dem
Zapfen 76b vorgesehen.
Die Wirkungsweise des Reibradgetriebes mit stufenlos verstellbarer
Übersetzung gemäß der Erfindung wird nachstehend näher
erläutert. Der Anpreßzustand, der zwischen der Wälzfläche
11a und der Wälzfläche 11b ausgebildet wird, ist völlig
äquivalent zu einem kämmenden Mechanismus zwischen zwei
Evolventen-Zahnrädern, und jedes der Wälzräder 10a und 10b
entspricht einem Zahn von jedem der imaginären Zahnräder, die
ihre Zentren auf der Kupplungsrad-Trägerachse 32a bzw. 32b
haben und in einem kämmenden Eingriff stehen. Dies läßt sich
aus der vorstehenden Beschreibung im Zusammenhang mit Fig. 3
leicht verstehen.
Zunächst wird die Funktion der ersten Spiralfeder 80a
in einem solchen Mechanismus beschrieben. Die erste
Spiralfeder 80a übt von der Seite des ersten Zahnrades 70a
eine Torsionsfederkraft im Uhrzeigersinn auf den ersten
Anpreßdruckring 75a aus. Diese Federkraft wird von dem ersten
Anpreßdruckring 75a in derselben Richtung auf die Wälzfläche 11a des
Wälzrades 10a übertragen, und zwar über die Kupplungsrad-Träger
achse 32a und die Wälzrad-Trägerachse 31a. Andererseits wird
eine Torsionsfederkraft im Gegenuhrzeigersinn, die auf das
erste Zahnrad 70a wirkt, auf das zweite
Zahnrad 70b übertragen, nachdem sie in ihrer Richtung in den
Uhrzeigersinn umgekehrt worden ist an der Wälzfläche 11b des
Wälzrades 10b über die Kupplungsrad-Trägerachse 32b und die
Wälzrad-Trägerachse 31b.
Somit wird die Funktion der ersten Spiralfeder 80a
ausgeglichen innerhalb einer geschlossenen Schleife, die durch
den Berührungspunkt auf den Wälzflächen hindurchgeht, so daß
stets ein im wesentlichen konstanter Anpreßdruck an der
Berührungsstelle zwischen der Wälzfläche 11a und der Wälzfläche
11b herrscht, wie es in Fig. 4 dargestellt ist.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich, übt die nachstehend beschriebene
zweite Spiralfeder 80b eine Torsionsfederkraft im
Uhrzeigersinn auf das zweite Zahnrad 70b und die
Kupplungsrad-Trägerachse 32b integral mit dem zweiten
Zahnrad 70b ausgehend von dem Zapfen 55 aus, der am
Gehäuse 50 befestigt ist. Eine Torsionsfederkraft im Gegenuhr
zeigersinn beaufschlagt die Kupplungsrad-Trägerachse 32a von
der Kupplungsrad-Trägerachse 32b über die in Eingriff stehenden
Wälzräder 10a und 10b als imaginäre Zahnräder, die oben
beschrieben worden sind als ein Äquivalent eines kämmenden
Mechanismus von zwei Evolventen-Zahnrädern.
Da das erste Zahnrad 70a, welches direkt mit dem
zweiten Zahnrad 70b kämmt, lose über der
Kupplungsrad-Trägerachse 32a sitzt, hat das erste
Zahnrad 70a keine direkte Wirkung auf die Kupplungsrad-Träger
achse 32a. Aufgrund der oben beschriebenen Wirkung der
zweiten Spiralfeder 80b kann die Wirkung gegen die Torsi
onsfederkraft betrachtet werden als Summe der Torsionsfeder
kraft auf die Kupplungsrad-Trägerachse 32b im Gegenuhrzeiger
sinn und der Torsionskraft auf die Kupplungsrad-Trägerachse 32a
im Uhrzeigersinn, was der Torsionskraft einer Komponente
entspricht, die proportional zur Summe der Eingangsdrehkraft
auf die Eingangswelle 60a und der Lastdrehkraft auf die
Ausgangswelle 60b ist.
In den Fig. 4 und 5 ist die Relation des Drehmomentes, das
zwischen der Eingangswelle 60a und dem Kupplungsrad 20a wirkt,
festgelegt durch das Verhältnis der Zähnezahlen der Kegelräder
in ähnlicher Weise wie die Relation des Drehmomentes, das
zwischen dem Wälzrad 10a und dem Kupplungsrad 20a wirkt,
festgelegt ist durch das Verhältnis der Zähnezahlen der
Kegelräder. Dies gilt auch für die Ausgangsseite, und die
Relation des Drehmomentes, das zwischen der Ausgangswelle 60b
und dem Kupplungsrad 20b wirkt, ist festgelegt durch das
Verhältnis der Zähnezahlen der Kegelräder.
Da ein Merkmal der Wälzradanordnung bei dem Reibradgetriebe darin
besteht, daß ein Drehmoment, welches gleich dem von dem
Kupplungsrad 20a ausgeübten Drehmoment ist, auf die
Kupplungsrad-Trägerachse 32a wirkt und das in gleicher Weise
ein Drehmoment, das gleich dem von dem Kupplungsrad 20b
ausgeübten Drehmoment ist, auf die Kupplungsrad-Trägerachse 32b
wirkt, ist das, was als Summe der Torsionskraft der auf die
Kupplungsrad-Trägerachse 32b und der Torsionskraft auf die
Kupplungsrad-Trägerachse 32a angesehen werden kann, exakt die
Komponente proportional zu einer Summe aus dem
Eingangsdrehmoment auf die Eingangswelle 60a und dem
Lastdrehmoment auf die Ausgangswelle 60b. Somit wirkt die
Torsionsfederkraft der zweiten Spiralfeder 80b in
der Richtung, die von der Summe des Eingangsdrehmomentes und
des Ausgangsdrehmomentes abhängt.
Wenn bei der Anordnung gemäß Fig. 4 bis 6 die Eingangswelle 60a
an der Unterseite in diesen Fig. 4 bis 6 sich im Uhrzeigersinn
dreht, so wird diese Drehung übertragen durch die kämmenden
Kegelräder 61a, 21a und 12a, die dafür sorgen, daß sich das
Wälzrad 10a um die Wälzrad-Trägerachse 31a dreht, so daß die
Übertragung der Drehung erreicht werden kann aufgrund des
Reibungseingriffes zwischen der Wälzfläche 11a des Wälzrades
10a und der Wälzfläche 11b des Wälzrades 10b.
Da zumindest der Anpreßdruck durch die erste
Spiralfeder 80a auf den Berührungspunkt zwischen der Wälzfläche
11a und der Wälzfläche 11b wirkt, kann eine Reibungskraftüber
tragung durchgeführt werden, die dafür sorgt, daß sich das
Wälzrad 10b um die Wälzrad-Trägerachse 31b dreht. Diese Drehung
wird übertragen durch die kämmenden Kegelräder 12b, 21b und 61b
auf die Ausgangswelle 60b als eine Drehung der Ausgangswelle
60b im Gegenuhrzeigersinn, wenn man die Anordnung von der
Unterseite dieser Fig. 4 bis 6 betrachtet.
In diesen Übertragungsweg sind vier Stufen von Zahnradübertra
gungen und eine Stufe von Reibungsübertragung involviert. Da
die Zahnradübertragungsmechanismen jeweils feste Übersetzungs
verhältnisse haben, kann eine Änderung der Übersetzung zwischen
der Eingangswelle 60a und der Ausgangswelle 60b nur dadurch
erreicht werden, daß man das Übersetzungsverhältnis der
einzigen Reibungsübertragungsstufe oder das Verhältnis der
Umdrehungen des Wälzrades 10a und des Wälzrades 10b ändert.
Das Umdrehungsverhältnis des Wälzrades 10a und des Wälzrades
10b hängt zusammen mit der Position, in der die Wälzflächen der
Wälzräder miteinander in Berührung gebracht werden und ist
bestimmt durch das Verhältnis zwischen den Längen der Schenkel
der Linien senkrecht zu den Achsen der jeweiligen Wälzrad-
Trägerachsen von dem Berührungspunkt aus.
Bei der hier beschriebenen Ausführungsform ist in Fig. 6 das
Umdrehungsverhältnis zwischen der Eingangswelle 60a und der
Ausgangswelle 60b auf seinem Maximum, wenn das zweite
Zahnrad 70b im Uhrzeigersinn gedreht wird und seine
weitere Drehung im Uhrzeigersinn durch den Zapfen 55 begrenzt
ist, der mit seinem einen Ende mit dem Positionierungsloch 72
in Eingriff steht; und das Umdrehungsverhältnis zwischen der
Eingangswelle 60a und der Ausgangswelle 60b ist auf seinem Minimum,
wenn das zweite Zahnrad 70b im Gegenuhrzeigersinn
gedreht wird und seine weitere Drehung in Gegenuhrzeigersinn
begrenzt durch den Zapfen 55 ist, der mit dem anderen Ende des
Positionierungsloches 72 in Eingriff steht.
Wenn das Lastdrehmoment der Ausgangswelle 60b klein ist, so
wird die Summe des Lastdrehmomentes und des Eingangsdrehmomen
tes ausgeglichen mit einer relativ kleinen Kraft, die in
Abhängigkeit von der Torsionsfedercharakteristik der
zweiten Spiralfeder 80b geliefert wird; wenn das
Lastdrehmoment zunimmt, wird die Summe aus diesem Lastdrehmo
ment und dem Eingangsdrehmoment ausgeglichen durch eine größere
Kraft, die von der zweiten Spiralfeder 80b gelie
fert wird, die in Abhängigkeit von der Torsionsfedercharakteri
stik zunimmt.
Mit anderen Worten, der Punkt, an dem die erwähnte Summe
der Drehmomente ausgleicht, verschiebt sich längs der Torsions
federcharakteristik. Wenn beispielsweise das Lastdrehmoment
zunimmt auf einen Wert, der dicht bei dem Maximalwert innerhalb
des vorgegebenen Bereiches liegt, so wird die zweite
Spiralfeder 80b aufgewickelt und das zweite
Zahnrad 70b im Gegenuhrzeigersinn gedreht, und die
Positionsrelation zwischen dem Wälzrad 10a und dem Wälzrad 10b
verschiebt sich in die Position, in der die Wälzrad-Trägerachse
31a im Uhrzeigersinn gedreht wird, so daß das Umdrehungsver
hältnis zwischen der Eingangswelle 60a und der Ausgangswelle 60b dicht
an den Minimalwert herankommt, so daß eine Untersetzung bei der
Ausgangswelle 60b stattfindet.
Während des oben beschriebenen Vorganges wird der
Anpreßdruck, der für den Reibungsantrieb erforderlich ist,
in ausreichendem Maße, aber nicht in übermäßiger Weise
ausgeübt, nicht nur durch die erste Spiralfeder 80a,
sondern auch direkt durch das wirkende Drehmoment des
Kupplungsrades in Abhängigkeit von dem Übertragungsdrehmoment.
Bei
dem erfindungsgemäßen Reibradgetriebe mit stufenlos verstellbarer
Übersetzung kann somit der erforderliche Anpreßdruck zu
jedem Zeitpunkt automatisch und stets gewährleistet werden in
Abhängigkeit von dem momentanen Übertragungsdrehmomentwert, und
das Übersetzungsänderungsverhältnis kann zu jedem Zeitpunkt
automatisch in einer kontinuierlichen, stufenlosen Weise in
Abhängigkeit von dem sich ändernden Übertragungsdrehmomentwert
gewählt werden.
Gemäß der Erfindung kann somit eine automatische Regelungsfunk
tion des Getriebes realisiert werden durch in der Anordnung
selbst enthaltene, rein mechanische Maßnahmen. Außerdem wird
ein höherer Übertragungswirkungsgrad als bei herkömmlichen
Getrieben erreicht mit einem einfacheren Aufbau als bei
herkömmlichen Bauformen.
Claims (5)
1. Reibradgetriebe mit stufenlos verstellbarer Übersetzung,
umfassend
- - ein Gehäuse (50) mit einem Paar von Wälzradanordnungen (40; 40a, 40b), wobei jede Wälzradanordnung (40; 40a, 40b) folgendes aufweist:
- - ein Kupplungsrad (20; 20a, 20b) in Form eines Kegelrades (21; 21a, 21b),
- - ein Wälzrad (10; 10a, 10b) mit einem daran angeordneten weiteren Kegelrad (12; 12a, 12b), das mit dem Kegelrad (21; 21a, 21b) des Kupplungsrades (20; 20a, 20b) kämmt, und
- - ein Drehachsenteil (30; 30a, 30b), welches das Kupplungsrad (20; 20a, 20b) und das Wälzrad (10; 10a, 10b) drehbar lagert, wobei das Wälzrad (10; 10a, 10b) mit einer rotationssymmetrischen Außenumfangsfläche (11; 11a, 11b) versehen ist und wobei das Drehachsenteil (30; 30a, 30b) von dem Gehäuse (50) in der Umfangsrichtung des Kupplungsrades (20; 20a, 20b) drehbar gelagert ist;
- - wobei das Paar von Wälzradanordnungen (40; 40a, 40b) parallel zueinander in dem Gehäuse (50) derart montiert ist, daß die Achsen (32; 32a, 32b) der Kupplungsräder (20; 20a, 20b) parallel zueinander liegen, während die Achsen (31; 31a, 31b) der Wälzräder (10; 10a, 10b) senkrecht zu diesen Achsen (32; 32a, 32b) der Kupplungsräder (20; 20a, 20b) verlaufen und wobei die Wälzräder (10; 10a, 10b) an ihrem jeweiligen Außenumfang (11; 11a, 11b) miteinander in Berührung stehen;
- - eine Eingangswelle (60a), die an das Kupplungsrad (20a) der einen Wälzradanordnung (40a) angeschlossen ist;
- - eine Ausgangswelle (60b), die an das Kupplungsrad (20b) der anderen Wälzradanordnung (40b) angeschlossen ist; und
- - eine Anpreßdruck-Einstelleinrichtung (70a, 70b; 80a, 80b), die den Anpreßdruck der Wälzräder (10; 11a, 10b) in Abhängigkeit vom Drehmoment verändert,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Wälzräder (10; 10a, 10b) jeweils eine Außenumfangsfläche
in Form einer Rotationsfläche haben, deren Erzeugende
ein definierter Abschnitt (T) einer Evolvente (J) ist,
die in Abhängigkeit von einem Kreis (C) gebildet ist, dessen
Mittelpunkt (P) auf der Schwenkachse der Wälzräder (10; 10a,
10b) liegt,
und daß die Anpreßdruck-Einstelleinrichtung (70a, 70b; 80a,
80b) eine Federanordnung (80a, 80b) aufweist, die auf die Achsen
(32; 32a, 32b) der Drehachsenanteile (30; 30a, 30b) jeweils
ein Drehmoment ausübt, welches über die Drehachsenteile (30;
30a, 30b) auf die Wälzräder (10; 10a, 10b) übertragen wird und
deren relative Position zueinander einstellt.
2. Getriebe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anpreßdruck-Einstelleinrichtung (70a, 70b; 80a, 80b)
folgendes aufweist:
- - erste und zweite Zahnräder (70a, 70b), die auf Verlängerungen der Achsen (32a, 32b) der Drehachsenteile (30; 30a, 30b) angeordnet sind und die miteinander kämmen,
- - erste und zweite Anpreßdruckringe (75a, 75b), die an jeweils vorstehenden Enden der Achsen (32a, 32b) befestigt sind, und
- - erste und zweite Spiralfedern (80a, 80b), welche jeweils das erste Zahnrad (70a) mit dem ersten Anpreßdruckring (75a) und das zweite Zahnrad (70b) mit dem zweiten Anpreßdruckring (75b) koppeln.
3. Getriebe nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spiralfedern (80a, 80b) um die jeweiligen Enden der
Achsen (32a, 32b) gewickelt sind und an Zapfen (71, 76a; 55,
76b) angreifen, die gegenüberliegenden Paaren (70a, 75a; 70b,
75b) von Zahnrad (70a, 70b) und Anpreßdruckring (75a, 75b) zugeordnet
sind.
4. Getriebe nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein erster Zapfen (71) am ersten Zahnrad (70a) und ein
zweiter Zapfen (76a) am ersten Anpreßdruckring (75a) befestigt
sind,
daß ein dritter Zapfen (76b) am zweiten Anpreßdruckring (75b)
befestigt ist
und daß ein vierter Zapfen (55) am Gehäuse (50) befestigt ist
und durch ein Langloch (72) im zweiten Zahnrad (70b) in den
Raum zwischen dem zweiten Zahnrad (70b) und dem zweiten Anpreßdruckring
(75b) vorsteht.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1141806A JPH039153A (ja) | 1989-06-02 | 1989-06-02 | 摩擦転動式無段変速装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4017613A1 DE4017613A1 (de) | 1990-12-06 |
DE4017613C2 true DE4017613C2 (de) | 1993-07-15 |
Family
ID=15300564
Family Applications (1)
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Country Status (3)
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US (1) | US5018400A (de) |
JP (1) | JPH039153A (de) |
DE (1) | DE4017613A1 (de) |
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- 1990-05-30 US US07/530,530 patent/US5018400A/en not_active Expired - Lifetime
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