DE814369C - Dreiwellengetriebe mit entlasteten Reibradachsen - Google Patents

Dreiwellengetriebe mit entlasteten Reibradachsen

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DE814369C
DE814369C DESCH375A DESC000375A DE814369C DE 814369 C DE814369 C DE 814369C DE SCH375 A DESCH375 A DE SCH375A DE SC000375 A DESC000375 A DE SC000375A DE 814369 C DE814369 C DE 814369C
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Richard Dipl-Berging Schiel
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H15/00Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by friction between rotary members
    • F16H15/48Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by friction between rotary members with members having orbital motion
    • F16H15/50Gearings providing a continuous range of gear ratios
    • F16H15/52Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of another member

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Friction Gearing (AREA)

Description

  • Dreiwellengetriebe mit entlasteten Reibradachsen Im Verhältnis zu der großen Zahl der in der Industrie verwendeten Riementriebe und der. Zahnradgetriebe ist die Häufigkeit der Verwendung der Reibradgetriebe nur gering. Diese Tatsache könnte verwunderlich erscheinen, denn eigentlich stellt doch das Reibrad ein ideales Zahnrad, nur eben mit unendlich vielen und darum unendlich kleinen Zähnen, dar. Eben darum eignen sich Reibradgetriebe hervorragend für stufenlose Schaltungen, für Wechsel- und Wendegetriebe.
  • Daß dennoch verhältnismäßig wenig Reibradgetriebe anzutreffen sind, dürfte wohl in erster Linie darauf beruhen, daß, um große übertragungskräfte zu erhalten, der Anpressungsdruck sehr groß wird. Er beträgt bekanntlich bei Stahlrädern mindestens das Achtfache der am Umfang verfügbaren Kraft und selbst bei Lederbelag noch etwa das Vierfache. Bei den meisten heute üblichen Konstruktionen muß dieser Druck voll von den Lagern aufgenommen werden, woraus sich eine schwere teuere Konstruktion ergibt.
  • Vorliegende Erfindung will ein vielseitig verwendbares Reibradgetriebe schaffen, das während des Betriebes stufenlose Änderung der Drehgeschwindigkeit zuläßt. Die Lager der schnell laufenden kleinen Reibräder sind aber vom Anpressungsdruck voll entlastet, die Lager der übrigen Wellen, wenn nicht gerade die Drehzahländerung i : i gewählt wird, teilweise. Dieses Getriebe dient aber gleichzeitig auch als Kupplung und gestattet ein sehr weiches Anfahren. Das regelbare Cbersetzungsverhältnis ist verhältnismäßig groß, nämlich i :14 im Extremfall (bei Verwendung von drei schnell laufenden Rädern).
  • Dieses Getriebe beruht auf folgendem Prinzip: i. Die kleine Lagerbelastung der Reibräder wird dadureh erzielt, daß die diametral entgegengesetzten Stellen der schnell laufenden Reibräder gleichzeitig demselben Druck ausgesetzt sind. 2. Durch Verwendung von mehreren Rädern gleichzeitig ist der Druck je Rad herabgesetzt. @ 3. Die stufenlose Verstellung während des Betriebes erfolgt dadurch, daß die Reibräder entlang einer hyperbolischen Kurve verschoben werden. Diese Kurve kann auch so gewählt werden; daß sie sich einem Kreisbogen nähert oder in einen solchen übergeht. Die schnell laufenden Reibräder liegen dann in ihren beiden Endstellungen, die praktisch aber nicht ganz erreicht werden können, einerseits zwischen zwei Scheibenrädern, andererseits zwischen einer zylindrischen Vollwelle und einer Hohlwelle. 4. Es werden dabei drei Körper, die entweder alle oder doch wenigstens zwei davon als Wellen ausgebildet sind, in ein gemeinsames Abhängigkeitsverhältnis gebracht durch Verbindungen und Schaltungen, wie sie bei ähnlichen derartigen Getrieben bereits bekannt und üblich sind. 5. Bezeichnend für das hier vorgeschlagene Getriebe ist die Ausbildung der Wellenköpfe. Der Kopf der einen Welle bildet nämlich ein konkaves Rotationshyperboloid, der der anderen ein konvexes Rotationshyperboloid. Die dritte Welle endigt in einem Gelenkstück, in dem die Achsen der schnell laufenden Reibräder einen, je nach Stellung, verschiedenen und während des Betriebes verstellbaren Winkel bilden. Diese Hyperboloide können je nach Bedarf mit geringerer oder größerer Krümmung gewählt werden: Ihre Oberfläche kann sich im Extremfall einerseits- der eines egels, andererseits der einer Kugelfläche nähern. Die schnell laufenden Reibräder selbst erhalten zweckmäßig kugelige Oberfläche,'stellen also Kugelabschnitte dar, so daß der Anpreßdruck immer nach deren Mitte hinzielt, wo sich die Lager befinden. Die gekrümmten Flächen sind so zu wählen, daß sie in jeder Stellung der schnell laufenden Reibräder gleichen Abstand, nämlich den gleich dem Durchmesser der schnell laufenden Reibräder, haben. 6. Während des Betriebes wälzen sich die beiden Hyperboloide über die Reibräder aufeinander ab. Da die schnell laufenden Reibräder sich aber während des Betriebes verschieben lassen, ist die stufenlose Schaltung erreicht. 7. Werden drei schnell laufende Reibräder verwendet, so läßt sich ein Regelbereich erzielen, der fast zwischen den Werten i : i und i : 14 schwankt. Werden vier schnell laufende Reibräder verwendet, so sind die beiden Extreme i : i und i : 6. Bei sechs schnell laufenden Reibrädern i : i und i : 3. Sehr groß wäre der Regelbereich bei Verwendung von nur zwei schnell laufenden Reibrädern. Hierbei ergeben sich aber konstruktive Nachteile. Am vorteilhaftesten scheint, wegen der eindeutigen Bestimmtheit durch Dreipunktberührung, die Verwendung von drei schnell laufenden Reibrädern zu sein.
  • Abb. i zeigt in rein schematischer Weise eine Ausführungsart des vorgeschlagenen Reibradgetriebes, bei der die Reibradachsen 6 und 7 gerade sind. Bei der konstruktiven Durchführung ist darauf zu achten, daß das große Gegendrehmoment durch entsprechend starke Ausführung der Achsen 6 und 7, die dann zweckmäßig rechteckigen Querschnitt erhalten, auch aufgenommen werden kann. Auch ist der Kopf i i der Welle i mit dem Gelenk 8 entsprechend stark auszuführen, wofür bei dieser Konstruktionsart genügend Raum zur Verfügung steht.
  • Abb.2 zeigt verschiedene Schaltungsarten der drei beweglichen Grundelemente des Getriebes. Diese Schaltungsarten sind von anderen Getrieben teils schon bekannt, teils als naheliegend anzusehen. Sie sollen also nur die Verwendungsmöglichkeit dieses Getriebes veranschaulichen.
  • Abb. 3 zeigt schließlich in schematischer Weise das Getriebe, wenn man die Rotationshyperboloide in ihren Extremwert, nämlich in die Form übergehen läßt, daß ihre Meridianlinien Kreise bilden. Hierbei sind die Achsen 25, 26, 27, 28 schraffiert gezeichnet, um anzudeuten, daß es sich nicht um gekrümmte Stangen von kreisförmigem Querschnitt handelt, sondern um Formen die verwindungs- und biegefester sind, also mit rechteckigem Querschnitt oder solchem von Doppel-T-Form usw.
  • Hierin bedeuten: i Welle, die im Falle der Abb. i auch längs verschiebbar ist, 2 Welle, die noch andere Elemente des Getriebes trägt, 3 Welle, die am Kopf mit dem konkaven Rotationsellipsoid fest verbunden ist, 4 konkaves Rotationsellipsoid, 5 konvexes Rotationsellipsoid in Welle 2 längs verschiebbar, 6 und 7 Achsen, die die schnell laufenden Reibräder 6 und 7 tragen, 8 Gelenk oder mehrere Gelenke (für jede bewegliche Achse eins), 9 und io schnell laufende Reibräder mit kugelförmigen Laufflächen und Lagern in der Mitte, .ii Wellenkopf, der die Drehung auf die Welle i überträgt, 12 Stahlring, 13 Feder irgendwelcher Art, kann auch aus Kautschuk bestehen, 14 Stellschrauben zum Einstellen des Anpreßdruckes, 15 desgl;, 16, 17, 18, i9 Kugellager, 20 Oberfläche des Rotationshyperboloids 5, 21 Führungsnut in der Welle t, 22 Stellhebel für Hand oder sonstige Verstellung und Einstellung des Getriebes, 23 Kugellager, 24 Stellschraube, an ihrem Kopf mit einem Ansatz versehen, der Gewinde trägt. Durch dessen Drehung lassen sich die schnell laufenden Reibräder 9 und io verstellen; 25 und 26 gekrümmte Achsen mit biegefestem Profil. Sie haben an ihrer Innenseite Gewinde, das mit demjenigen der Stellschraube 24 eingreift; 27 und 28 ebensolche Achsen wie 25 und, 26, jedoch Gewinde an Außenseite, A eine Schaltanordnung, bei der die Welle i festgehalten ist; B Schaltanordnung, bei der die Welle 2 festgehalten ist, C Schaltanordnung, bei der die Welle 2 und 3 fest verbunden ist. In diesem Falle ist das Getriebe zur Gleitkupplung geworden. Der Gleitgrad ist aber je nach Stellung der schnell laufenden Reibräder 9 und io verschieden; D Schaltanordnung, bei der Welle i und 3 fest verbunden sind, E Schaltanordnung, bei der Welle i und 2 fest verbunden sind, F Schaltanordnung, die veranschaulichen soll, daß durch Vertauschen der Stellung der Wellen i und 3 das Getriebe statt zur Herabsetzung nunmehr zur Heraufsetzung von Geschwindigkeiten verwendbar ist, G Schaltanordnung, die veranschaulicht, daß das Getriebe auch für Rückwärtsgang und Leerlauf bei Stellung der schnell laufenden Reibräder in der Mittellage verwendet «erden kann. Diese wird dadurch bewirkt, claß Welle 2 und 3 entgegengesetzt, aber verschieden schnell gedreht werden; H Schaltanordnung, die zeigt, daß das Getriebe verwendet werden kann, um zwei Räder gleichsinnig, aber stufenlos schaltbar verschieden schnell laufen zu lassen, I Schaltanordnung, die zeigt, daß bei Verwendung eines zusätzlichen Differentialantriebes noch weitere Variationsmöglichkeiten ergeben.
  • Das Getriebe nach Abb. i arbeitet beispielsweise wie folgt: Welle 3 wird angetrieben, Welle i ist festgehalten, kann sich also nicht drehen, bleibt aber längs v(-rsciiiel)har. in oberster Stellung der schnell laufenden Reibräder berühren diese den Körper 4 mit dem konkaven Rotationshyperboloid gar nicht. Das Getriebe ist also ausgeschaltet. Durch langsame Senkung der Welle i beginnt nun Welle 2 zu drehen, und zwar entgegengesetzt der Welle 3. Das Einkuppeln ist weich, da die Reibräder 9 und io an der mehr oder weniger ausgezogenen Spitze des Körpers 4 leicht gleiten können. Welle 2 dreht erst langsam, da sich ja ein 'kleiner Kreisbogen der treibenden Welle auf einem großen Kreisbogen der angetriebenen Welle abrollt. Je mehr die Welle i gesenkt wird, um so mehr gleicht sich die Drehzahl der getriebenen Welle 2 der der treibenden Welle 3 an. Durch die Schrauben 14 und 15 wird die Feder 13 so stark angezogen, daß der Druck auf die schnell laufenden Reibräder 9 und io die Oberflächen eben noch nicht zerstört. Hierfür gelten die bekannten Formeln nach Hertz. Infolge Keilwirkung ist die Flächenpressung beim Anfahren, also bei oberster Stellung der Welle i, größer als beim Schnellauf (unterste Lage der Welle i). Hierdurch wird das Drehmoment beim langsamen Lauf selbsttätig größer, wie es beim Arbeiten der meisten Maschinen, besonders bei den Fahrzeugen, erwünscht ist. Da die Spitze des Körpers ,4 praktisch nur für das Anfahren benutzt wird, ist hierfür, da sie nur kurze Zeit der Flächenpressung ausgesetzt ist, die zulässige Flächenpressung auch größer. Wird Welle i entgegengesetzt der Drehrichtung der Welle 3 auch gedreht, so kann man durch Abstimmung der Drehzahlen erreichen, daß die Welle 2 stillsteht, auch ohne daß die Welle i in der obersten Lage gehalten wird. Werden die Drehzahlen so eingestellt, daß die schnellen Reibräder 9 pnd io sich bei Stillstand etwa in der lNtittellage befinden, so kann durch weiteres Heben der Welle i Rückwärtsgang erzielt werden. Damit wird dieses Getriebe dann zum stufenlos schaltbaren Wendegetriebe.
  • Eine weitere prinzipiell andere Befestigungsart und \-erscliiebl)arkeit der Achsen zeigt die Abb. 3. Wird hier z. 13. die Welle i festgehalten und die Stellschraube 24 durch ein, nicht eingezeichnetes, Handrad gedreht, so werden die nunmehr sichelförmigen Achsen 25 und 26 ausgestoßen oder eingezogen. und dadurch wird die Drehzahl der Welle 2, die z. 13. als Keilriemenscheibe ausgebildet sein kann, geregelt. Eine andere 'konstruktive Lösung zeigt Abb. 4. Hier werden die sichelförmigen Achsen 27 und 28 durch Drehung des Ringes 29 in ihrer.Lage verstellt. Ist in diesem Falle die Welle 2 festgelegt, sö kann bei konstanter Drehzahl der Welle 3 die Drehzahl der Welle i stufenlos geregelt werden. Die Federorgane, die zur Erzeugung der Flächenpressung dienen, sind in Abb. 3 und 4 der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet. Es erscheint zweckmäßig, das ganze Getriebe, falls Stahlräder verwendet werden, im Ölbad laufen zu lassen.
  • Dieses Dreiwellengetriebe läßt sich konstruktiv auf mannigfache Art abwandeln. Man kann die drei Wellen verschieden schalten und miteinander verbinden, wie in Abb. 2 symbolisch dargestellt ist. Nfan kann die Rotationshyperboloide mit verschiedenen Krümmungen versehen, wie eben der jeweilige Gebrauchszweck es verlangt. Man kann die Federn 13 durch Gummi- oder Luftkissen ersetzen. Man kann Kugel- oder Gleitlager für das Getriebe verwenden. Man kann die schnell laufenden Reibräder 9 und io aus hartem Werkstoff herstellen, man kann sie aber auch mit Leder oder Gummi oder einem Kunststoff belegen. Man kann jede der drei Wellen i, 2 und 3 als treibende oder getriebene Welle benutzen oder mit dem fest stehenden Gestell verbinden.
  • Dieses Getriebe läßt sich in größere Riemscheiben oder Zahnräder einbauen, womit dann ein zusätzlicher Raumbedarf fortfällt.
  • Da die Belastungsmöglichkeit mit dem Quadrat der Durchmesser der schnell laufenden Reibräder wächst, kommt es, im Gegensatz zu den vielfach verwendeten stufenlosen Getrieben, die mit verschiebbaren Keilriemen arbeiten, auch für Übertragung großer Leistungen in Betracht. Der Abnutzung unterliegen praktisch nur die schnell laufenden Reibräder 6 und 7 sowie die Körper mit den Rotationshyperboloiden 5 und 4. Diese lassen sich konstruktiv leicht so gestalten, daß sie ohne Schwierigkeiten' austauschbar sind. Für die Lebensdauer und die Abnutzung gelten ähnliche Gesetze wie für die Kugellager.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Dreiwellengetriebe mit entlasteten Reibradachsen, bei dem jeweils eine Welle im Raume fesgelegt und die beiden anderen in einem bestimmten Abhängigkeitsverhältnis voneinander drehbar sind, indem sie über dazwischengeschaltete Reibräder aufeinander abrollen, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Welle (3) mit einem konkaven, die andere Welle (2) mit einem konvexen Rotationshyperboloid fest verbunden ist, die aufeinander, über schnell laufende Reibräder (9 und io); die mit der dritten Welle (i) so verbunden sind, daß sich ihr gegenseitiger Winkel während des Betriebes stufenlos verändern läßt, abrollen.
  2. 2. Dreiwellengetriebe nach -Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung des Winkels, den die Achsen (6 und 7) untereinander bilden, durch Längsverschiebung der einen Welle (i) geschieht, mit der die Achsen (6 und 7) gelenkig verbunden sind.
  3. 3. Dreiwellengetriebe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung des Winkels, den die schnell laufenden Reibräder (6 und 7) miteinander bilden, dadurch bewirkt wird, daB die Achsen (25 und 26 sowie 27 und 28) für die Reibräder (9 und io) sichelförmige Gestalt haben und sich mittels Gewindemechanismus in eine der Wellen (i in Abb. 3 und 2 in Abb.4) während des Betriebes mehr oder weniger versenken lassen.
  4. 4. Dreiwellengetriebe nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daB die erforderliche Flächenpressung zwischen den Reibrädern (9 und io) und den Rotationshyperboloiden (4 und 5) durch Federn (13) hervorgerufen wird, deren Spannung durch Stellschrauben (14 und 15) geregelt wird.
  5. 5. Dreiwellengetriebe nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daB, falls die aufeinander abrollenden Körper metallische Oberflächen haben, das Getriebe in einem Ölbad läuft.
  6. 6. Getriebe nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daB die Krümmung der Rotationshyperboloide (4 und 5) und der Winkel, den die schnell laufenden Reibräder (9 und io) miteinander bilden, konstruktiv so aufeinander abgestimmt sind, daB die Resultierenden der Anpressungskräfte stets durch die Mitte der Lager der schnell laufenden Reibräder (9 und io) gehen.
  7. 7. Dreiwellengetriebe nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das konvexe Rotationshyperboloid (5) nach der einen Seite hin in eine Hohlwelle übergeht, die einen solchen Durchmesser besitzt, daß alle Reibräder (9 und io usw.) darin so nebeneinander Platz finden, daß sie sich eben noch nicht berühren.
DESCH375A 1949-11-05 1949-11-05 Dreiwellengetriebe mit entlasteten Reibradachsen Expired DE814369C (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4682517A (en) * 1985-01-16 1987-07-28 Frederick Manufacturing Company, Inc. Variable speed drive--apparatus and method of fabricating the apparatus
DE19907637C1 (de) * 1999-02-23 2001-01-11 Clark Equipment Belgium Nv Planetengetriebe

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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