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Die Erfindung betrifft ein mechanisches Getriebe, mit
welchem ein feststehendes oder ein variables
Übersetzungsverhältnis zwischen zwei sich drehenden Teilen
eingestellt werden kann.
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Die Erfindung betrifft speziell ein mechanisches Getriebe,
wobei Kräfte durch Reibung übertragen werden. Ein bekanntes
Getriebe dieses Typs macht Gebrauch von zwei Paaren V-
Riemenscheiben mit variabler Breite und einem sogenannten
Schubriemen, der dazwischen angeordnet ist und aneinander
angrenzende Glieder aufweist. Der Aufbau des bekannten
Schubriemens ist Einschränkungen hinsichtlich des Drehmoments
unterworfen, das von dem Getriebe übertragen werden kann.
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In der GB-A-2 007 784 ist eine Schubriemenvariation nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 offenbart.
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Der Erfindung liegt das Ziel zugrunde, ein mechanisches
Getriebe des genannten Typs zu schaffen, mit welchem ein großes
Drehmoment übertragen werden kann.
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Dieses Ziel wird durch ein mechanisches Getriebe erreicht,
wie es nach Anspruch 1 gekennzeichnet ist. Der Riemen aus
Schubgliedern ist rundherum von den abgeschrägten Reibrädern
eingeschlossen, wodurch große Kräfte übertragen werden können,
ohne daß der Riemen zerstört oder beschädigt wird. Der Riemen
kann über einen großen Winkel hinweg sowohl mit dem Paar
Reibrädern als auch mit dem einzelnen Reibrad in Kontakt
stehen, so daß ein großes Kräftepaar übertragen werden kann.
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Das Getriebe gemäß der Erfindung kann zum Einstellen einer
feststehenden Übersetzung verwendet werden, aber kann
gleichfalls zum Einstellen einer variablen Übersetzung
ausgebildet werden. In diesem Fall werden die Stufen nach
Anspruch 2 verwendet.
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Eine bevorzugte Ausführungsform ist dabei nach Anspruch 3
gekennzeichnet. Wenn die Exzentrizität der Wellen variiert
wird, wird der relevante axiale Abstand der beiden einander
zugeordneten Reibräder dabei automatisch eingestellt. Wenn der
axiale Abstand erhöht wird, werden die beiden Reibräder des
Paares voneinander weggedrückt und der Riemen läuft auf einem
größeren Durchmesser, so daß ein größeres
Übersetzungsverhältnis von der ersten zu der zweiten Welle
eingestellt wird.
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Das mechanische Getriebe gemäß der Erfindung kann als
Getriebestufe in sehr vielen unterschiedlichen
Ausführungsformen von mechanischen Getrieben verwendet werden.
Das Getriebe gemäß der Erfindung kann im Prinzip in irgendeiner
Konfiguration wie Zahnradübertragungen verwendet werden.
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Eine zweckmäßige Ausführungsform ist dabei nach Anspruch 4
gekennzeichnet. Mit Getriebestufen, die in Reihen miteinander
verbunden sind, kann daher eine sehr hohe oder niedrige
Übersetzung eingestellt werden.
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Eine bevorzugte Weiterentwicklung ist hierbei nach
Anspruch 5 gekennzeichnet. Hierdurch ist es möglich, die
Antriebs- und Abtriebswelle eines Getriebes koaxial anzuordnen,
welches bei einer Anzahl von Anwendungen gewünscht wird.
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Das Getriebe gemäß der Erfindung ist vorzugsweise mit
einem Schubriemen, wie nach Anspruch 6 gekennzeichnet,
ausgestattet. Da der Schubriemen um seinen gesamten Umfang
herum abgestützt ist, teilweise von den Reibrädern und
teilweise von dem Riemeneingriffsrad, neigt der Schubriemen
nicht von selbst dazu, einen steifen Abschnitt zu bilden, wie
es herkömmlicherweise der Fall ist. Durch Verbinden der
Schubglieder miteinander mittels der Schwenkachsen kann die
gemeinsame Drehbewegung, welche an dem übergang von den
Reibrädern zu dem Riemeneingriffsrad und umgekehrt stattfindet,
mit sehr geringer Reibung erfolgen, wodurch die Leistung des
Getriebes hoch ist.
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Die Stufe nach Anspruch 7 wird dabei vorzugsweise
verwendet. Die Reibung ist hierbei extrem gering, verbunden mit
dem positiven Effekt in der Leistung des Getriebes.
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Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung mit
Bezug auf die Ausführungsformen, die in den Figuren gezeigt
sind, weiter erläutert.
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Figur 1 zeigt einen Längsschnitt einer schematisierten
Ausführungsform des Getriebes gemäß der Erfindung in einer
Basisausführungsform.
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Figur 2 zeigt einen Schnitt in Richtung des Pfeils II-II
aus Figur 1 gesehen.
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Figur 3-5 zeigen Schemen dreier möglicher
zusammengesetzter Getriebe gemäß der Erfindung.
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Figur 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils der
Vorrichtung, um den Eingriff des Schubriemens zu erläutern.
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Figur 7 zeigt in Seitenansicht einen Teil des
Schubriemens, der in Figur 6 gezeigt ist.
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Figur 8 zeigt ein Schubriemenglied mit Schwenkachse nach
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Figur 9 zeigt einen Schnitt in Richtung des Pfeils IX-IX
aus Figur 8 gesehen.
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Das Getriebe 1, das schematisch in Figur 1 gezeigt ist,
weist eine erste Welle 2 auf, an welcher ein Paar Reibräder 3,
4 angeordnet sind, die in einem Abstand voneinander angeordnet
sind. Diese Reibräder 3, 4 weisen einander zugewandte
Reibflächen 5, 6 auf, welche jeweils in Axialrichtung nach
außen hin konvergieren.
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Das Getriebe 1 weist ferner eine zweite Welle 7 auf,
welche ein Reibrad 8 mit einer inneren ringförmigen Reibfläche
9 trägt, welche, wie Figur 1 zeigt, axial zwischen den
Reibrädern 3, 4 der ersten Welle 2 positioniert ist.
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Um eine Kraft zwischen den Wellen 2 und 7 zu übertragen,
ist ein geschlossener Riemen 10 aus aneinander angrenzenden
Schubgliedern 14 angeordnet. Wie in Figur 1 gezeigt ist, sind
die Schubglieder 14 derart ausgebildet, daß an einander
gegenüberliegenden Seiten 11 des Riemens Flächen geformt sind,
die mit den Reibflächen 5, 6 des Paares Reibräder 3, 4
zusammenwirken. In der radial äußersten Ebene des Riemens 10
ist eine in dieser Ausführungsform V-förmige Eingriffsfläche 12
ausgebildet, welche mit der ebenfalls V-förmigen Reibfläche 9
des Reibrades 8 zusammenwirkt.
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Wie in Figur 2 gezeigt ist, sind die Glieder 14 des
Riemens 10 relativ zueinander bewegbar, da sie in dem Schnitt,
der in Figur 2 gezeigt ist, eine im wesentlichen zylindrische
Außenfläche aufweisen, welche in eine zylindrische Ausnehmung
eines angrenzenden Gliedes eingreift.
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Ein unterer Abschnitt des Riemens 10 steht, wie in Figur 2
gezeigt, mit dem Reibrad 8 in Eingriff, wobei ein oberer
Abschnitt mit dem Reibradpaar 3, 4 in Eingriff steht. Es ist
ersichtlich, daß der Riemen 10 mit den Rädem 3, 4 an einem
größeren Durchmesser als mit dem Rad 8 in Kontakt ist. Dies
bedeutet, daß, wenn sich die Wellen 2, 7 drehen, die erste
Welle 2 eine größere Drehzahl als die zweite Welle 7 hat.
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Es ist ersichtlich, daß, wenn die Exzentrizität zwischen
der ersten Welle 2 und der zweiten Welle 7 verringert wird und
die Reibräder 3, 4 gleichzeitig aufeinander zubewegt werden, um
den Riemen in der beschriebenen Weise eingeschlossen zu halten,
der Kontaktdurchmesser an den Reibrädern 3, 4 kleiner wird, so
daß sich bei derselben Drehzahl der ersten Welle 2 die Drehzahl
der zweiten Welle 7 weiter verringert.
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Ein variables Getriebe kann daher durch Steuerungsmittel
erreicht werden, mit welchen der axiale Abstand des Paares
Reibräder 3, 4 zueinander und die Exzentrizität der ersten
Welle 2 zu der zweiten Welle 7 gleichzeitig variiert werden.
Eine übliche Ausführungsform hierbei ist, wenn die Reibräder 3,
4 kontinuierlich mittels Federmitteln aufeinander zu
vorgespannt sind, so daß ständig ein ausreichender Druck auf
die Seitenflächen des Riemens eingestellt wird, und als
Reaktion ein ausreichender Kontaktdruck zwischen dem Riemen und
dem zweiten Reibrad eingestellt wird. Für die Getriebevariation
ist dann nur die Exzentrizität zu steuern.
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Es ist offensichtlich, daß das Getriebe 1 in einem Rahmen,
wie einem geschlossenen Gehäuse, montiert ist, in welchem die
Wellen 2 und 7 in Lagern montiert sind. Die Mittel zum
Einstellen der Exzentrizität können in irgendeiner beliebigen
Weise, wie in an sich bekannter Weise durch Montieren der Welle
7 exzentrisch in einer Buchse, welche ihrerseits selbst
exzentrisch in einer Buchse montiert ist, welche beispielsweise
koaxial zu der ersten Welle 2 liegt, realisiert werden. An
Stelle einer exzentrisch gelagerten Montage der zweiten Welle 7
kann die erste Welle 2 natürlich exzentrisch verstellbar
montiert sein.
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Das Getriebe, das schematisch in den Figuren 1 und 2
gezeigt ist, kann als Getriebestufe in irgendeiner gewünschten
Montage mit entsprechenden Getrieben oder anderen, wie
Zahnradgetrieben, ausgebildet sein, um ein gesamtes Getriebe zu
schaffen, das für eine besondere Verwendung geeignet ist.
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Figur 3 zeigt zum Beispiel eine Ausführungsform, wobei
zwei Getriebe 20, 21 des Typs, der in den Figuren 1 und 2
gezeigt ist, miteinander kombiniert sind. Die zweite Welle des
Getriebes 20 ist fest mit der ersten Welle des Getriebes 21
verbunden, um eine Zwischenwelle 23 zu bilden. Die zweite Welle
24 der zweiten Getriebestufe 21 ist kaoxial zu der ersten Welle
22 des ersten Getriebes 20 montiert, so daß die Getriebe 20, 21
dieselbe, jedoch zueinander entgegengesetzte Exzentrizität
aufweisen. Durch Variieren der Exzentrizität der Zwischenwelle
23 wird das Getriebe in der Weise, die mit Bezug auf Figur 1
beschrieben ist, variiert. Wie sich die Exzentrizität erhöht,
so erhöht sich das Übersetzungsverhältnis für beide Getriebe
20, 21, das heißt, das Verhältnis zwischen den Drehzahlen der
Wellen 22, 23 und 23, 24 erhöht sich proportional, so daß sich
das Verhältnis zwischen den Drehzahlen der Wellen 22 und 24
proportional zur Beschleunigung erhöht.
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Figur 4 zeigt ein Getriebe, das aus vier Getriebestufen
zusammengesetzt ist. Dieses Getriebe kann als eine doppelte
Ausführungsform des Getriebes nach Figur 3 angesehen werden, so
daß mit einer Variation der Exzentrizität zweier Paare Getriebe
eine beträchtliche Variation des Ubersetzungsverhältnisses
erreicht wird.
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Figur 5 zeigt ein zusammengesetztes Getriebe, das aus
einer Kombination eines Planetengetriebes mit einer doppelten
Getriebestufe nach der Erfindung besteht. Der Teil, der aus den
zwei Stufen 31, 32 nach der Erfindung zusammengesetzt ist,
entspricht im wesentlichen dem Getriebe, das in Figur 3 gezeigt
ist. Hier sind auch die zweite Welle der ersten Stufe 31 und
die erste Welle der zweiten Stufe 32 miteinander verbunden, um
eine Zwischenwelle 34 zu bilden. Zwischen der ersten Welle 33
der ersten Stufe 31 und der zweiten Welle 35 der zweiten Stufe
32 liegt ein Übersetzungsverhältnis vor, welches durch
Festsetzen der Exzentrizität der Zwischenwelle 34 einstellbar
ist.
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Wie gezeigt, ist die erste Welle 33 der Baugruppe 31, 32
mit dem Planetenträger 37 des Planetensystems gekuppelt. Die
zweite Welle 35 der Baugruppe 31, 32 ist mit dem Sonnenrad 38
gekuppelt. Das Hohlrad 36 ist in dieser Ausführungsform mit der
Abtriebswelle des gesamten Getriebes 30 verbunden. An dem
Planetenträger 37 ist in üblicher Weise eine Anzahl von
Planetenrädern 39 montiert, welche sowohl mit dem Sonnenrad 38
als auch mit dem Hohlrad 36 in Eingriff stehen.
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Wenn in dem Getriebe 30 die Welle 35 als Antriebswelle und
die Welle 40 als Abtriebswelle gesehen werden, ist es möglich,
mit einer geeigneten Auswahl des Übersetzungsverhältnisses des
Planetensystems und der Einstellbarkeit des Getriebes durch die
Stufen 31, 32 das Getriebe 30 derart auszubilden, daß die
Abtriebswelle 40 relativ zur Welle 35 stillstehen kann und sich
in zwei Richtungen drehen kann. Das Stillstehen der
Abtriebswelle 40 während des Drehens der Antriebswelle 35 tritt
ein, wenn durch das Festsetzen der Exzentrizität der
Zwischenwelle 34 die Drehzahlen der Welle 33 und der Welle 35
in dem Verhältnis der Zähnezahl des Sonnenrades und des
Hohlrades zusammen zu der Zähnezahl des Sonnenrades stehen.
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Figur 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils des
Getriebes nach der Erfindung, um das Zusammenwirken zwischen
den Reibrädern, dem Schubriemen und dem Riemeneingriff srad zu
erläutern. In Figur 6 ist eine Ausführungsform des Schubriemens
abweichend von der in den Figuren 1 und 2 gezeigt.
Entsprechenden Bauteilen wurden jedoch dieselben Bezugszeichen
gegeben.
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Aus Figur 6 ist ersichtlich, daß das Glied 45 des
Schubriemens an seinen Seiten mit Seitenflächen 11 versehen
ist, welche mit den Reibflächen 5, 6 der jeweiligen Reibräder
3, 4 in Reibschluß gelangen können. Die Außenfläche 12 ist eine
abgestumpfte V-förmige Nut, in welche die Reibfläche 9 des
Reibrades 8 eingreift.
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Jedes Glied 45 ist an beiden Seiten mit einer
teilzylindrischen Kammer 46 versehen. Eine Schwenkachse 47 ist
zwischen zwei aneinander angrenzenden Gliedern 45 angeordnet,
wodurch die zwei aneinander angrenzenden Glieder 45 relativ
zueinander um die Mittellinie dieser Achse 47 herum schwenken
können.
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Figur 7 zeigt drei Glieder des Schubriemens aus Figur 6 in
dem Übergang von dem Kontakt mit den Reibrädern zu dem Kontakt
mit dem Riemeneingriffsrad. Die zwei rechten Glieder stehen mit
dem Reibradpaar 3, 4 in Kontakt und bewegen sich daher ohne
Verschiebung zueinander um die Mitte der Welle 2 herum, die mit
48 bezeichnet ist. Das Glied, das in Figur 7 links gezeichnet
ist, steht mit dem Riemeneingriff srad 8 in Kontakt und führt
eine kreisförmige Bewegung um den Punkt 49, der in Figur 7
gezeigt ist, als Mittelpunkt durch, welcher die Mitte der Welle
7 bezeichnet. Nur bei dem Übergang von dem Kontakt mit dem
Reibradpaar zu dem Kontakt mit dem Riemeneingriffsrad und
umgekehrt findet eine Bewegung der aneinander angrenzenden
Glieder zueinander statt. Wie in Figur 2 deutlich gezeigt ist,
schwenken diese um die Achse 47 an diesem Übergang, der
zwischen den zwei linken Gliedern liegt.
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Die Figuren 8 und 9 zeigen eine weiterentwickelte
bevorzugte Ausführungsform des Schubriemens. Das Glied 51 ist
hier im wesentlichen genauso ausgebildet wie das Glied 45 aus
den vorhergehenden Figuren. Hier sind ebenfalls eine Nut 52 in
der oberen Fläche für das Zusammenwirken mit dem
Riemeneingriffsrad und einander gegenüberliegende
konvergierende Seitenflächen 53 für das Zusammenwirken mit dem
Reibradpaar. Die aufeinanderfolgenden Glieder 51 liegen über
eine Schwenkachse 54 aneinander an, welche hier mit Nadellagern
55 versehen ist. Die Schwenkachse 54 ist aus einem Kern 57 mit
einem mittleren Abschnitt aufgebaut, der einen größeren
Durchmesser aufweist, an dessen seitlichen Achsenden die
Nadellager 55 und Endringe 56 angeordnet sind. Die Ringe 56
sind an dem Kern 57 mit einer Preßpassung montiert.
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Die Glieder 51 sind an jeder Seite mit Kammern 58, 59
versehen, welche voneinander abweichen. Die Kammer 58 ist in
jedem Fall teilzylindrisch, wie Figur 9 deutlich zeigt. Der
Durchmesser dieser teilzylindrischen Kammer 58 entspricht dem
Durchmesser des mittleren Abschnitts und der Ringe 56 der Achse
54, so daß diese eng angepaßt darin liegen können.
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An der gegenüberliegenden Seite des Gliedes 51 ist die Nut
59 mit drei teilzylindrischen Kammern 62 in der Position des
Endringes 56 und des mittleren Abschnitts der Achse 54
versehen. Zwischen diesen Kammern 62 sind zwei teilkreisförmige
Lagerflächen 63 mit einem Durchmesser derart ausgebildet, daß
sie mit den Nadellagern 55 zusammenwirken können. Der effektive
Außendurchmesser der Nadellager 55 ist bei dieser
Ausführungsform kleiner als der des Endringes 56 und des
mittleren Abschnitts der Achse 54. Die Nadeln des Nadellagers
laufen deshalb frei in der Kammer 58 ohne Kontakt mit dem
Glied.
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Die Kammern 62 weisen jeweils einen größeren Durchmesser
als die Endringe 56 und der mittlere Abschnitt der Achse 54
auf, so daß diese Teile frei in der Kammer 59 des Gliedes 51
laufen.
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Während des Schwenkens zweier aneinander angrenzender
Glieder 51 zueinander bewegt sich daher die Achse 54 als Ganzes
mit dem Glied 51, dessen ununterbrochene Kammer 58 mit der
Achse 54 in Kontakt steht. Wie aus Figur 9 ersichtlich, ist
dies das untere Glied 51. Das andere Glied stützt sich an den
Nadellagern 55 ab, so daß daher die Schwenkbewegung der zwei
Glieder relativ zueinander infolge der Nadellager 55 mit sehr
geringer Reibung stattfindet.
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Die Glieder 51 sind an jeder Seite mit einander in
Eingriff stehenden Fingern 60 und 61 versehen, welche ein
vollständiges Einschließen der Achse 54 zwischen zwei
aneinander angrenzenden Gliedern 51 sicherstellen.
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Die Figuren und deren Beschreibung sind nur für die
Erläuterung des Prinzips bestimmt, das die Basis der Erfindung
bildet, und können nicht als Einschränkung in irgendeiner Weise
interpretiert werden. Wie oben angemerkt, kann das Getriebe
gemäß der Erfindung in zahllosen unterschiedlichen Weisen
ausgebildet sein und mit ähnlichen oder anderen Getriebestufen
kombiniert werden. Das Riemeneingriffsrad ist daher nicht
unbedingt ein Reibrad. Es ist gleichermaßen möglich, dieses als
Zahnrad auszubilden, wobei die Glieder mit entsprechenden
Zahnteilen versehen sind, die damit zusammenwirken.