DE4212739C2 - Mechanisches Kompaktgetriebe - Google Patents

Description

Die Neuerung betrifft ein mechanisches Kompaktgetriebe, durch Leistungsver­ zweigung und stufenlos einstellbare Drehzahlüberlagerung hochuntersetzend und reversierbar, wobei durch die Leistungsverzweigung ein Teil der Antriebsleistung ohne zusätzliche Hilfsantriebe dazu verwendet wird, eine in ihrer Größe verstell­ bare Drehzahl der Drehzahl des Hauptantriebes entgegenzuwirken.

Bei bekannten Getrieben wird eine ähnlich hohe Untersetzung bzw. Reversier­ betrieb durch exzentrisch drehende Zahnräder, elastische verzahnte Stahlbänder, drehzahlüberlagerte Planetengetriebe oder durch kraftschlüssige Leistungsübertra­ gung mittels Kugeln, Kegeln oder ähnlichem erreicht.

Ferner ist aus der Schweizer Patentschrift Nr. 389 350 ein Getriebe bekannt, welches sich durch hohe Untersetzung, stufenlose Verstellbarkeit, Leistungs­ verzweigung und Reversierbarkeit auszeichnet. Dabei wird die stufenlose Verstellung ähnlich wie im französischen Patent Nr. 2 440 498 durch Schwenken eines kugelförmigen Rades erreicht, welches mit zwei gegenüberliegenden Friktionskörpern tangiert. Die Leistungsverzweigung bewirkt, daß die Hauptan­ triebsleistung formschlüssig über verschiedene Zahnräder übertragen wird, und ein geringerer Teil der Leistung dazu benutzt wird, der Antriebsdrehzahl entgegen­ zuwirken, und dadurch die Abtriebsdrehzahl in Höhe und Richtung regelbar macht. Der Hauptantriebsteil des Getriebes ist konstruktiv aufwendig hinsichtlich Bauteil­ gestaltung und Anordnung der einzelnen Zahnräder.

Die Neuerung geht daher von der Aufgabe aus, ein Getriebe der genannten Art zu schaffen, welches einfacher aufgebaut ist hinsichtlich Anzahl, Gestaltung und Anordnung der einzelnen Bauteile.

Erreicht wird dies mit den kennzeichnenden Merkmalen des Schutzanspruches 1. Dabei sind alle Zahnräder ohne weitere Zahnradstufe zwischen den kraftschlüssig übertragenden Elementen angeordnet. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im einzelnen sind die Merkmale der Erfindung anhand der folgen­ den Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und den dazugehö­ rigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen hierbei:

Fig. 1 das stufenlos verstellbare Getriebe in Schnittdarstel­ lung,

Fig. 2 geschnitten die Lagerung des Verstellmechanismus,

Fig. 3 eine Darstellung der Ausgleichbüchse mit eingebautem Lager,

Fig. 4 eine Darstellung der Drehmomentanpassung,

Fig. 5 den in Richtung A geschwenkten Verstellmechanismus mit den Abrollverhältnissen.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist die Antriebswelle 1 fest mit einem Planetensteg 2 verbunden, welcher ein auf einem Bolzen 3 drehbar gelagertes Zahnrad 4 trägt. Gegenüberliegend ist eine Ausgleichmasse 5 angebracht. Das Zahnrad 4 kämmt mit den Zahn­ rädern 6 und 7, wobei das Zahnrad 7 einen Zahn weniger aufweist als Zahnrad 6. Für eine optimale Kämmung sowie Tragfähigkeit und Spielfreiheit werden beide oder ein Zahnrad profilverscho­ ben. Zahnrad 6 ist fest mit der Abtriebswelle 8 verbunden. Zahnrad 7 ist auf der Abtriebswelle 8 drehbar gelagert. Das Zahnrad 9 ist nicht drehbar an einem mit dem Gehäuse 10 fest verbundenen Zapfen 11 befestigt. Das Zahnrad 9 hat einen Zahn weniger als Zahnrad 7. Beide stehen im Eingriff mit Zahnrad 12, welches drehbar auf dem Bolzen 13 gelagert ist. Eine optimale Kämmung wird auch hier durch Profilverschiebung erreicht. Der Bolzen 13 ist an einer als Planetensteg ausgebildeten Frikti­ onsscheibe 14 befestigt, welche drehbar auf dem Zapfen 11 gela­ gert ist. Gegenüber von Zahnrad 12 ist auch hier ein Massen­ ausgleich 15 angebracht. Der Planetensteg 2 hat mehrere axiale Senkbohrungen 16, in denen Kugeln 17 gelagert sind. Diese grei­ fen in gerundete Aussparungen 18, die rückseitig an dem Frikti­ onsring 19 angebracht sind. Der Friktionsring 19 ist axial verschiebbar auf dem Planetensteg 2 gelagert. Er ist reibschlüs­ sig mit einem halben Kugelrad 20 verbunden, welches wiederum reibschlüssig mit der Friktionsscheibe 14 im Eingriff steht. Das Kugelrad 20 ist an einem Druckzapfen 21 drehbar und axial verschiebbar gelagert. Durch das Tellerfederpaket 22 wird das Kugelrad 20 gegen die Friktionsscheibe 14 sowie den Friktions­ ring 19 gedrückt. Der Druckzapfen 21 ist fest an einer Welle 23 angebracht, mit deren einen Ende ein Hebel 24 fest verbunden ist. Die Welle 23 ist beidseitig in schwenkbaren Lagern 25 und 26 gelagert, wobei das Lager 25 radial und axial fest sitzt und 26 axial und horizontal verschiebbar ist. Die horizontale Verschiebung wird dadurch erreicht, daß das Lager 26 in einer ovalen Bohrung 32 der Ausgleichbüchse 33 gelagert ist. Die beiden Lager 25 und 26 stützen sich im oberen Teil des Gehäuses 10 ab.

Wird die Antriebswelle 1 in Drehung versetzt, so wälzt sich das Zahnrad 4 auf den Zahnrädern 6 und 7 ab. Unter der Annahme, daß Zahnrad 7 zunächst fest steht und einen Zahn weniger als Zahnrad 6 hat, würde das Zahnrad 6 und damit auch die Abtriebs­ welle 8 bei einer Umdrehung der Antriebswelle 1 eine Drehbe­ wegung machen, die in ihrer Größe von der Zähnezahl abhängt. Hat z. B. Zahnrad 6 40 Zähne und Zahnrad 7 39 Zähne, so macht bei einer Umrundung von Zahnrad 4 und angenommen fest­ stehendem Zahnrad 7 das Zahnrad 6 eine Drehbewegung von 360 Grad : 39 = 9,23 Grad. Die Drehrichtung von Zahnrad 6 ist in diesem Fall gleich der Antriebswelle 1. Hätte Zahnrad 6 statt 40 jetzt 38 Zähne, also nicht einen Zahn mehr, sondern einen Zahn weniger als Zahnrad 7, so wäre die Drehrichtung von Zahnrad 6 entgegen der Drehrichtung der Antriebswelle 1. In dieser einen Stufe mit den Zahnrädern 4, 6 und 7 ist bei fest­ stehendem Zahnrad 7 schon eine hohe Untersetzung möglich, im vorliegenden Fall von 1 : 39.

Die Überlegung der Erfindung geht weiter dahin, das Zahnrad 7 nicht fest stehen zu lassen, sondern gegenläufig zu Zahnrad 6 zu drehen, um damit der Drehgeschwindigkeit und -richtung der Abtriebswelle entgegenzuwirken. Dies geschieht durch eine zweite Stufe mit den Zahnrädern 12, 9 und 7, wobei Zahnrad 9 einen Zahn weniger hat als Zahnrad 7. Der Antrieb für ein Um­ laufen des Zahnrades 12 um die Zahnräder 7 und 9 erfolgt über die das Zahnrad 12 tragende Friktionsscheibe 14, das Kugelrad 20 und den Friktionsring 19. Die nötige Anpreßkraft des Kugel­ rades 20 an den Friktionsring 19 und die Friktionsscheibe 14 bewirkt ein unter Vorspannung eingebautes Tellerfederpaket 22. Das Drehmoment zwischen Planetensteg 2 und Friktionsring 19 wird durch Kugeln 17 übertragen, die einerseits im Planeten­ steg 2 in Senkbohrungen 16 lagestabil gehalten werden und andererseits in gerundete Aussparungen 18 in die Rückseite des Friktionsringes 19 eingreifen. Die Kugeln 17 befinden sich in Ruhestellung im tiefsten Punkt der gerundeten Aussparungen 18. Erfolgt eine Drehmomentzunahme, so will der Planetensteg 2 dem Friktionsring 19 voreilen. Dabei rollen die Kugeln 17 aus ihrem tiefsten Punkt auf einen höheren Punkt in den gerundeten Aussparungen 18. Dies bewirkt ein axiales Verschieben des Friktionsringes 19 in Richtung Kugelrad 20 und somit eine erhöhte Anpreßkraft. Damit diese Kraft auch zwischen Kugelrad 20 und Friktionsscheibe 14 erfolgt, kann sich die das Kugel­ rad 20 und Druckzapfen 21 tragende Welle 23 in dem Lager 26 horizontal verschieben. Die Gegenkräfte werden von zwei Axial­ lagern 27 und 28 aufgenommen.

Erfolgt nun ein Antrieb des Planetensteges 2, so wird die Ab­ triebswelle 8 über die Zahnräder 4, 6 und 7 in eine Drehbewe­ gung versetzt. Diese Drehbewegung erfolgt in gleicher Richtung wie die der Antriebswelle 1, wenn Zahnrad 7 einen Zahn weniger als Zahnrad 6 hat. Gleichzeitig bewirken der Friktionsring 19, das Kugelrad 20 und die Friktionsscheibe 14 ein Umlauf des Zahnrades 12 um die Zahnräder 7 und 9. Da das Zahnrad 9 über den Zapfen 11 fest mit dem Gehäuse 10 verbunden ist, einen Zahn weniger als Zahnrad 7 hat und das Zahnrad 12 in entgegen­ gesetzter Drehrichtung zum Zahnrad 4 umläuft, erfolgt auch eine Drehbewegung des Zahnrades 7 entgegen der Drehrichtung des Zahnrades 6 und damit der Abtriebswelle 8. Von der Größe der gegenläufigen Drehbewegungen hängt es ab, in welche Rich­ tung sich die Abtriebswelle 8 bewegt. Ist die Drehbewegung des Zahnrades 7 kleiner als die entgegengesetzte Drehrichtung des Zahnrades 6, so dreht sich die Abtriebswelle 8 in Höhe der Differenzdrehzahl in gleicher Drehrichtung wie die Antriebs­ welle 1. Ist die Drehbewegung von Zahnrad 7 größer als von Zahnrad 6, so dreht die Abtriebswelle 8 in Höhe der Differenz­ drehzahl entgegen der Antriebswelle 1. Bei gleichen gegenge­ richteten Drehzahlen ist die Abtriebsdrehzahl Null. Die Abtriebswelle 8 dreht sich nicht, egal wie hoch die Drehzahl an der Antriebswelle 1 ist. Um diese verschiedenen Drehzahl­ bereiche und Drehrichtungen stufenlos einstellen zu können, muß das Kugelrad 20 um seine Drehachse 29 geschwenkt werden.

Dies kann durch einen mit der Welle 23 fest verbundenen Hebel 24 erfolgen, der beispielsweise von einem Bowdenzug oder einem Verstellzylinder bewegt wird. Wird der Hebel 24 geschwenkt, so ändern sich die Abrollwege von Friktionsring 19 und Friktions­ scheibe 14 am Kugelrad 20. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, rollt der Friktionsring 19 bei max. Hebelschwenkung in Richtung A am kleinen Umfang 30 des Kugelrades 20 ab und die Friktions­ scheibe 14 am großen Umfang 31. Somit erhält man eine Dreh­ zahlerhöhung der Friktionsscheibe 14. Dadurch ist die entgegen der Antriebswelle 1 gerichtete Bewegung des Zahnrades 7 am größten, und die Abtriebswelle 8 erhält die größtmögliche Drehzahl entgegen der Antriebswelle 1. Die Drehzahlhöhe resul­ tiert aus der Differenz der Drehzahlen von Zahnrad 6 und 7. Ein max. Ausschwenken des Hebels 24 in Richtung B bewirkt eine Drehzahlreduzierung der Friktionsscheibe 14 und damit die geringste Drehzahl des Zahnrades 7. Da die Drehrichtungen der Zahnräder 6 und 7 gegenläufig sind und die Drehzahl von Zahnrad 7 jetzt kleiner als von Zahnrad 6, ergibt sich an der Abtriebswelle 8 eine größtmögliche Drehzahl in Richtung der Antriebswelle 1.

Die Konstruktion läßt sich weitgehend variieren. So können bspw. An- und Abtriebswelle auf einer Seite liegen bzw. die Abtriebswelle beidseitig, wie in Fig. 1 dargestellt, genutzt werden. Das Zahnrad 7 könnte aus zwei fest miteinander verbun­ denen Zahnrädern mit unterschiedlichen Zähnezahlen und/oder verschiedenen Moduln sein. Die Zähnezahlen der Zahnräder 6 und 9 können sehr verschieden sein. Zur besseren Kraftvertei­ lung sowie anderer Übersetzungsverhältnisse können jeweils zwei oder drei umlaufende Zahnräder angebracht werden.

Alternativ zum Hebel 24 bieten sich u. a. folgende Verstellmöglichkeiten an: Schnecke und Schneckenrad, Feinverstellung durch Getriebeuntersetzung, hydraulische, pneumatische oder elektromotorische Verstellung, Schrittmotor gesteuerte Verstellung mit Soll-Istwertvergleich und Regelelektronik. Eine interessante Antriebseinheit ergibt sich durch direktes Anflanschen des Getriebes an einen Elektro- Motor. Dabei bietet sich die Antriebswelle 1 als Hohlwelle an. Eine weitere Variante des Getriebes ergibt sich, wenn die Zahn­ räder 6, 7 und 9 nicht außenverzahnt sondern als Ringe innen­ verzahnt sind. Die Zahnräder 4 und 12 laufen dann nicht außen um, sondern ähnlich wie bei einem Planetengetriebe innen.

Claims (6)

1. Mechanisches Kompaktgetriebe, mit einer als Planetensteg ausgebildeten Antriebswelle (1) und einem Friktionsring (19), einer gegenüberliegend koaxial angebrachten Friktionsscheibe (14) und einem in seinem Mittelpunkt schwenkbar gelagerten Kugelrad (20), welches reibschlüssig unter Federvorspannung mit Friktionsring (19) und Friktionsscheibe (14) verbunden ist, sowie zwischen Friktionsring (19) und Friktionsscheibe (14) koaxial zu diesen und zur Abtriebswelle (8) und Antriebswelle (1) angeordneten Zahnrädern (6, 7 und 9), dadurch gekennzeichnet, daß das breite, auf der Abtriebswelle (8) drehbar gelagerte Zahnrad (7) zwischen dem mit der Abtriebswelle (8) fest verbundenen Zahnrad (6) und dem mit dem Gehäuse (10) fest verbundenen Zahnrad (9) angebracht ist, und das Zahnrad (7) eine Zahn weniger als Zahnrad (6) und einen Zahn mehr als Zahnrad (9) hat, wobei alle drei Zahnräder einen gleich großen Wälzdurchmesser haben, auf deren Umfang die Zahnräder (4) und (12) abrollen, wobei Zahnrad (4) mit den Zahnrädern (6) und (7) kämmt und in Drehrichtung und Drehzahl analog der Antriebswelle (1) umläuft, und Zahnrad (12) mit den Zahnrädern (7) und (9) kämmt und entgegen der Antriebsdrehrichtung umläuft.

2. Mechanisches Kompaktgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Friktionsscheibe (14) auf einem Zapfen (11) drehbar gelagert ist, welcher fest mit dem Gehäuse (10) verbunden und gleichzeitig Befestigung für das Zahnrad (9) ist.

3. Mechanisches Kompaktgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Friktionsscheibe (14) als Planetensteg ausgebildet ist.

4. Mechanisches Kompaktgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (8) einerseits durch die als Hohlwelle ausgebildete Antriebswelle (1) und andererseits durch das Zahnrad (9) und den dieses befesti­ genden und die Friktionsscheibe (14) lagernden Zapfen (11) hindurchgeht und beidseitig genutzt werden kann.

5. Mechanisches Kompaktgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (7) aus zwei fest miteinander verbundenen Zahnrädern besteht, die unterschiedliche Zähnezahlen und/oder Modulen haben.

6. Mechanisches Kompaktgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei oder drei Zahnräder (4) bzw. (12) umlaufen und die Zähnezahl­ differenzen zwischen den Zahnrädern (6) und (7) bzw. (9) und (7) zwei oder drei beträgt.