DE524386C - Getriebe fuer stetig veraenderliche, insbesondere hohe Untersetzungen - Google Patents

Description

Die Nachteile der Getriebe mit stetig veränderlicher Übersetzung sind allgemein bekannt. Es sind dies im allgemeinen Reibungsgetriebe, deren Wirkungsweise dahin zusammenzufassen ist, daß ein Kraftübertragungsmittel (verschiebbarer Riemen oder verschiebbare bzw. schwenkbare Reibräder) unter einer Vorspannung, die das Vielfache der zu übertragenden Nutzkraft ist, verschieden große und veränderliche Radien, an denen die Drehkraft der treibenden und die Widerstandskraft der getriebenen Welle angreifen, miteinander verbindet. Durch den hohen Vorspannungsdruck werden Lager und Wellen sehr hoch beansprucht, weshalb die übertragbare Leistung im Verhältnis zu den Abmessungen gering ist; auch im Leerlauf belastet die Vorspannung die Getriebeteile, wodurch der Wirkungsgrad herabgesetzt wird; große Drehzahlunterschiede bei großer Leistung sind nicht zu erreichen, da die Reibungskraft bei der schneller laufenden Welle an einem kleinen Radius angreifen und also die Vorspannung auf einen entsprechend kleinen

Körper wirken muß; an diesem herrscht also sehr hohe spezifische Pressung, welche das Kraftübertragungsmittel oder das kleinere Reibrad vorzeitig zerstört. Ein hoher Drehzahlunterschied ist auch bei Getrieben mit festem Übersetzungsverhältnis (Zahnräder-, Riemscheiben-, Schneckenräder-, Kettenrädergetrieben u. a. m.) schwer zu erreichen und zweckmäßig nur über mehrere Zwischenstufen möglich, weshalb der Antrieb langsam laufender Wellen von schnell lauf enden Kraftmaschinen aus umständlich und teuer ist. Diese Aufgabe wird auch durch sogenannte Umlaufrädergetriebe zu lösen versucht, bei denen ein Umlaufräderträger, der mit zwei Verzahnungen in ein festes und in ein mit der getriebenen Welle verbundenes Zahnrad eingreift, eine umlaufende Hebelwirkung erzeugt, indem z. B. bei Kegelradverzahnungen die Achse des Umlaufräderträgers schräg steht, wobei sie durch eine Kurbel von der treibenden Welle bewegt wird. Durch die endliche Länge des Umlaufräderträgers ist aber auch hier die Größe des erreichbaren Übersetzungsverhältnisses begrenzt, da dieses von dem Verhältnis der Abstände zwischen den beiden Verzahnungen einerseits und dem Kurbelzapfenmittelpunkt anderseits abhängt; diese Getriebe haben sich aber in der Praxis nicht weiter eingeführt, sind wegen der Verzahnungen teuer herzustellen und für günstige bauliche Bemessung ungeeignet. Ein völliges Stillsetzen der getriebenen Welle aber bedingt bei den bekannten Getrieben noch den gesonderten Einbau einer schaltbaren Kupplung, die aber zwischen Stillstand und Mindestdrehzahl der getriebenen Welle keine Zwischenwerte zuläßt und deshalb entweder durch ruckweise Beschleunigung starke Stöße hervorruft oder durch anfängliches Gleiten

die getriebene Welle erst beschleunigen muß. Der Grad der Beschleunigung aber ist unbeeinflußbar und nur von dem Widerstand der getriebenen und der Drehkraft der treibenden Welle abhängig.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Getriebe, welches die Drehzahl der getriebenen Welle von einem Höchstwert bis zum Stillstand stetig veränderlich gestaltet, ίο während die treibende Welle gleichförmig mit hoher Drehzahl umläuft. Abweichend jedoch von den bekannten Getrieben dient bei dem Getriebe nach der Erfindung als kraftübertragendes Glied zwischen treibender und getriebener Welle eine Scheibe, welche von einer Druckrolle, die von der treibenden Welle bewegt wird und auf der Scheibe abrollt, an eine feststehende, zur Achse senkrechte und völlig ebene Laufbahn mit einer Stelle ihres Laufringes angepreßt wird, auf welcher sie ihrerseits in beliebig veränderlicher Schräglage abrollt. Die Anpressung der schrägen Scheibe an die Laufbahn erfolgt schon durch geringe Umfangskräfte an der Achse der Druckrolle mit sehr großer Kraft infolge des Differentialwinkels, der an der Berührungsstelle zwischen Scheibe und Laufbahn in tangentialer Richtung entsteht. Die Bewegung der Schrägscheibe relativ zu ihrer Laufbahn, welche durch axiales Verschieben ihres Mittelpunktes vom Stillstand bis zu einem Höchstwert veränderlich ist, wird über eine winkelbewegliche Kupplung auf die getriebene Welle übertragen.

Das Getriebe arbeitet nach vorstehendem gemäß dem in Abb. 1 der Zeichnung dargestellten Prinzip, demzufolge eine Scheibe, welche auf einem Kegel ohne zu gleiten rollt, indem die Kegelspitze und der Scheibenmittelpunkt dauernd zusammenfallen, ihre Lage zu dem Kegel stetig ändert, und zwar so, daß sich ein Punkt der Scheibe nach jeder Umrollung um die Winkeldifferenz zwischen dem Kegelmantelwinkel und dem Zentriwinkel der Scheibe weiterbewegt. Zur Veranschaulichung dieser Verhältnisse sind in Abb. ι die Scheibe und der Kegelmantel in die gleiche Anzahl gleicher Winkel geteilt, und es ist deutlich ersichtlich, wie mit fortschreitender Bewegung des Berührungspunktes die relative Verdrehung der Scheibe gegenüber dem Kegel zunimmt. Nach einem vollen Umlauf der Berührungslinie hat sich die Scheibe um den Winkel ω_$ gegen den Kegel verdreht. Dieser Unterschied ist bei spitzem Kegel am größten, verkleinert sich mit zunehmendem Kegelspitzenwinkel und verschwindet, wenn der Kegel in eine Scheibe übergeht. Diese stetige Bewegung der umrollenden Scheibe entspricht der Winkelgeschwindigkeit der getriebenen Welle, während die Rollbewegung von der treibenden Welle hervorgerufen wird.

Die Abb. 2 und 3 der Zeichnung zeigen das Getriebe in schematischer Darstellung in zwei Ausführungsformen. Die treibende Welle a trägt in einem an einem Arm umlaufenden Gehäuse b eine Rolle c. Diese Rolle drückt stets eine Stelle des Laufringes der Schrägscheibe d gegen die zur Achse senkrechte, ■ feststehende und ebene Laufbahn e. Die Schrägscheibe ist durch eine winkelbewegliche Kupplung f beliebiger Bauart mit der Rohrwelle g verbunden, so daß sie sich zur Wellenachse schräg stellen, sich aber nicht ' gegen die Welle g verdrehen kann. Die Rohrwelle g ist auf der Welle h durch Nut und Feder geführt, wird beispielsweise durch einen Schleifring i auf der Welle h verschoben und verursacht dadurch veränderliche ! Schrägstellungen der Scheibe d. Der Laufring der Schrägscheibe ist so profiliert, daß die Punkte, in denen er einerseits die Druckrolle c und anderseits die Laufbahn e berührt, bei jeder Scheibenschräglage auf demselben ί Halbmesser liegen, so daß die Kupplung / und damit auch die Welle g nicht axial belastet wird. Die zweite Rolle k, auf der Laufbahn / in einer gleichgroßen Kreisbahn wie Rolle c auf Seheibe d und Laufbahn e ab- c rollend, entlastet die Lagerung der Welle a von Axialkräften, und das Gegengewicht in wirkt den Fliehkräften des Gehäuses b mit den Rollen c und k entgegen.

Das Getriebe wirkt in der Weise, daß die S Schrägscheibe d unter dem Druck der Rolle c auf der Laufbahn e rollt. Durch die Bahn der Schrägscheibe auf dieser Laufbahn und durch den Mittelpunkt der Kupplung / sind der Grundkreis und die Spitze des oben be- κ schriebenen Kegels gegeben, während der Kreis, den die Rolle c auf der Schrägscheibe beschreibt, die abrollende Scheibe darstellt. Die Schrägscheibe verändert also unter dem Druck der Rolle c ständig ihre Lage zu der ic feststehenden Laufbahn e und bringt durch die w'inkelbewegliche Kupplung f die Welle h zum Umlauf. Alle kraftübertragenden Teile bewegen sich mit Rollreibung aufeinander. Die Kraftübertragung ist zwangläufig, wie Abb. 4 zeigt, die einen Zylinderschnitt längs der Bahn der Rollen c und k darstellt und aus der die mechanischen Verhältnisse und die Verteilung der Kräfte zu ersehen sind. Durch die Umfangskraft P an der Achse der Rolle c werden die Rollen c und k in den Zwischenraum zwischen der Schrägscheibe und der Stützlaufbahn / gedrückt, der sich von der Berührungsstelle an keilförmig verengt. Da der Keil winkel unmittelbar an der Berührungssteile sehr klein (theoretisch ein Differential dφ) ist, ist die KraftAf₃ mit der

die Schrägscheibe an die Laufbahn e angepreßt wird, auch bei verhältnismäßig kleiner Unifangskraft P sehr groß. Von entsprechender Größe ist die Reibungskraft R, die sie hervorruft und die das Drehmoment der Welle h erzeugt (theoretisch unendlich). Wird die Schrägscheibe ganz an die Laufbahn e angelegt, welche Stellung in Abb. 2 punktiert eingezeichnet ist, so laufen die Rollen c und k

ίο auf zwei parallelen Bahnen, ohne daß von der Schrägscheibe aus ein Widerstand auf sie ausgeübt wird; die W.elle« läuft also leer. In diesem Zustand ist die Welle α vom Antrieb gelöst, das Getriebe wirkt wie eine gelösteKupplung, und dieWellea kann unbelastet anlaufen. Durch Regelung des Abstandes der beiden Laufbahnen e und / kann die für leichtes Abrollen nötige Mindestluft eingestellt werden. Bei der geringsten Verschiebung des Schräg-

ao Scheibenmittelpunktes erfolgt schon eine Schrägstellung der Scheibe d, und das Getriebe tritt in Tätigkeit. Die Welle h läuft zunächst mit sehr kleiner, bei zunehmender Verschiebung mit immer größerer Winkelgeschwindigkeit um, bis ihre gewünschte Drehzahl erreicht ist, die während des Laufes zwischen einem Höchstwert (gestrichelte Stellung) und Null (punktierte Stellung) beliebig veränderlich ist, wobei bei genügender Auswuchtung durch das Gegengewicht m die Antriebsdrehzahl so hoch wie irgend angängig sein kann. Wie man durch die willkürliche Geschwindigkeit der Verschiebung des Scheibenmittelpunktes jeden Beschleunigungsgrad in der Hand hat, so wird ebenfalls bei der entgegengesetzten Bewegung jede gewünschte Verzögerung der Welle h zwangläufig erreicht, weshalb trotz der konstanten hohen Antriebsdrehzahl bei sich umkehrendem Massendrehmoment der Welle h das Getriebe für diese als Bremse wirkt und sie bei

Rückkehr in die Anfangsstellung der Schrägscheibe sicher wieder zum Stillstand bringen muß.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Getriebe für stetig veränderliche, insbesondere hohe Untersetzungen, bei dem die treibende und die getriebene Welle gleichachsig liegen und die Drehzahländerung der getriebenen Welle durch Verschieben eines Schleifringes o. dgl. bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Scheibe (d) mit axial verschiebbarem Mittelpunkt durch eine Druckrolle (c), welche auf ihr abrollt und in einem von der treibenden Welle (a) zum Umlauf gebrachten Gehäuse Qj) gelagert ist, mit einer Stelle ihres Laufringes an eine feststehende, zur Achse senkrechte und völlig ebene Laufbahn (<?) gepreßt und durch den Umlauf der Rolle (c) um die Wellenachse auf der Laufbahn (e) in beliebig veränderlicher Schräglage zum Abrollen gebracht wird, wobei ihre Bewegung durch eine winkelbewegliche Kupplung (/) auf die getriebene Welle Qi) übertragen wird.
2. 2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem umlaufenden Rollengehäuse Qf) außer der Druckrolle (c) noch eine zweite Rolle (k) angeordnet ist, die sich auf eine zweite Laufbahn (/) stützt, die mit der ersten Laufbahn (e) starr, aber einstellbar verbunden ist.
3. 3. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufring der Schrägscheibe so profiliert ist, daß seine Berührungspunkte mit der Druckrolle (c) einerseits und mit der Laufbahn (e) anderseits bei jeder Schrägstellung der Scheibe auf demselben Halbmesser liegen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen