-
Selbstspannendes Reibungsgetriebe Es ist ein selbstspannendes Reibungsgetriebe
bekanntgeworden, dessen als Hohlkegelflächen ausgebildete Reibflächen mit zueinander
parallelen oder einander schneidenden Achsen eine sieh an ihnen abwälzende Kugel
im Leerlauf an den Enden eines Durchmessers berühren, bei Belastung jedoch in den
sich verjüngenden Teil ihres Zwischenraumes pressen, wobei zum Zweck der Änderung
des Übersetzungsverhältnisses der Reibflächendrehzahlen eine Einrichtung vorgesehen
ist, die aus zwei mit der Kugel in rollendem Eingriff stehenden und einzeln drehbar
gelagerten Scheiben besteht, die derart gemeinsam verschiebbar gelagert sind, daß
die Kugel längs paralleler Reibflächenerzeugenden verschoben werden kann.
-
Der Vorteil des geringen Platzbedarfes der aktiven Getriebeteile an
sich geht durch die Anordnung der verhältnismäßig großen Scheiben verloren. Die
Größe der Scheiben ist aber durch die nur in weitem - Abstand voneinander unterbringbaren
Scheibenlagerungen bedingt. Weiter ist die Führung der Kugel nur im Bereich des
Leerlaufes gewährleistet, da die Kugel sich bekanntlich bei Belastung in den sich
verjüngenden Teil des ReibflächenzWischenraumes zwängt, dort aber sich der Abstand
zwischen den Stützscheibenoberflächen vergrößert.
-
Die vorliegende Erfindung schlägt dagegen für ein selbstspannendes
Reibungsgetriebe, dessen als Drehflächen ausgebildete Reibflächen mit zueinander
parallelen oder einander schneidendenAchsen eine sich an ihnen abwälzende Kugel
im Leerlauf an den Enden -eines Durchmessers berühren, bei Belastung jedoch in den
sich verjüngenden Teil
ihres Zwischenraumes pressen, zur Halterung
bzw. Verschiebung der Kugel zwischen den Reibflächen einen Käfig vor, der so ausgebildet
ist, d'aß er die Kugel nur mit Teilen berührt; die sich gegeneinander in Ruhe befinden.
Im besonderen soll der Käfig die Kugel an ihren Polen berühren.. Diese Anordnung
spart an Raum und gewährleistet eine sichere Führung der Kugel.
-
Die Erfindung will sich nicht nur auf die Reibflächenpaarung von zwei
Hohlkegeln, sondern auch auf die Paarung allgemeiner Drehflächen. beziehen, sofern
die Verjüngung des Reibflächenzwisc'henraumes von der Leerlaufstellung der Kugel
aus gegeben ist. Als neben der Hohlkegelpaarüng herstellungs- und betriebsmäßig
besonders günstige Paarung wird eine solche gesondert unter Schutz gestellt, bei
der die Reibflädhenerzeugenden, die von- der Kugel im Leerlauf berührt werden, konzentrische
Kreisbögen sind.
-
Für die so beschriebenen Kugelgetriebe ergeben sich aus einer Komponente
der in der Natur der Reihungsgetriebe liegenden großen Anpreßkräfte große Querbelastungen
für die Lager der An- und Abtriebswellen. Die Erfindung schlägt daher auch eine
Lösung vor, bei der die Querbelastungen durch folgende Anordnung aufgehoben sind:
Die auf den An- und Abtriebswellen sitzenden (End-)Reibflächen sind Innendrehflächen,
die auf zwei parallelen Wegen durch je eine Kette Kugel-Zwischenreibfläche-Kugel
miteinander im Sinn der Kugelgetriebe gekoppelt sind. Die Zwischenreibflächen sind
Außendrehflächen mit zu den entsprechenden Erzeugenden der Endreibflächen äquidistanten
Leerlaufberührungserzeugenden und sind um eine gemeinsame Achse. unabhängig voneinander
drehbar gelagert. Die mit je einer Endreibfläche im Eingriff stehenden Kugeln sind
derart gemeinsam verschiebbar, daß ihre Eingriffsradien, untereinander immer gleich
sind. Auf diese Weise wird eine Endreibfläche immer von zwei Kugeln auf zwei entgegengesetzten
Radien berührt. Die radialen Komponenten der Anpreßkräfte der beiden Kugeln heben
somit einander auf.
-
Eine weitere Abwandlung der Erfindung sieht als koaxiale Endreibflächen
Außendrehflächen vor, die auf zwei oder sogar mehreren Wegen durch je eine Kette
Kugel-Zwischenreibfläche-Kugel im Sinn der Kugelgetriebe miteinander gekoppelt sind.
Die Zwischenreibflächen sind Innendre'hflächen mit zu den entsprechenden Erzeugenden
der Endreibfläche äquidistanten Leerlaufberührungserzeugenden. Auch hier sind die
mit je einer Endreibfläche im Eingriff stehenden Kugeln derart gemeinsam verschiebbar,
daß ihre Eingriffsradien untereinander immer gleich sind. Diese Getriebeart bietet
gegenüber der zuletzt beschriebenen den Vorteil, daß ohne erhebliche Vergrößerung
der Einheit, nämlich durch Anordnung von mehr als zwei parallelen Koppelwegen, die
übertragbare Leistung entsprechend erhöht werden kann.
-
Das Kugelgetriebe kann auch so abgewandelt werden, däß die von der
Kugel abtreibende Reibfläche selbst wieder eine Kugel ist, die sich ihrerseits zwischen
der ersten Kugel und einer weiteren Reibfläche im bekannten Sinn abwälzt, wobei
die äußeren Reibflächen Innenkegel mit parallelenLeerlauf'berührungserzeugenden
sind. Hierdurch ergibt sich von selbst der Vorteil, daß die unter dem Anpreßdruck
stehenden Kugeln beim Verschieben in Richtung der Leerlaufberührungserzeugenden
zum Zweck der Änderung der Getriebeübersetzung sich aneinander abwälzen und so statt
der gleitenden nur rollende Reibung zu überwinden haben.
-
Derselbe Vorteil der rollenden Reibung ergibt sich 'auch bei einem
Kugelgetriebe, bei dem die von der Kugel abtreibende Reibfläche selbst wieder eine
Kugel ist,- die gegen seitliches Ausweichen durch Rollen od. dggl. abgestützt ist,
und die antreibende Reibfläche für eine dritte Kugel bildet, die sich ihrerseits
Zwischen der zweiten Kugel und einer weiteren Reibfläche im bekannten Sinn abwälzt,
wobei die äußeren Reibflächen Innenwülstflächen sind, deren Leerlaufberührungserzeugende
Bögen ein und desselben Kreises sind.. Hier erfolgt die Verstellung zur Änderung
der Übersetzung durch Schwenken des Systems der drei Kugeln in der Ebene der Leerlaufberührungserzeugenden.
-
Wie weiter unten näher erläutert wird, zeigt die Kugel unter Last
das Bestreben, sich auch in Richtung ihrer Drehachse zu verlagern. Den Umstand aber,
daß -die Kugel gerade im Sinn einer Verkleinerung der Abtriebsdrehzahl auf den Käfig
drückt und dies je nach Belastung mit mehr oder weniger großem Kraftaufwand, macht
sieh ein weiterer Erfindungsgedanke zunutze, indem der Käfig nachgiebig ausgebildet
und so eingerichtet wird, daß er mit zunehmender Verdrängung durch die Kugel eine
steigende Stützkraft auf diese ausübt. Als Mittel zum Erreichen dieses Zieles können
an sich bekannte Elemente, wie Federn, Gewichtspendel od. d@gl., Verwendung finden.
Auf diese Weise wird es möglich, das Übersetzungsverhältnis der auftretenden Belastung
selbsttätig anzupassen., ja dem Getriebe sogar eine beliebige Drehzahlcharakteristik
zu geben.
-
Schließlich sieht die Erfindung auch noch die Regelbarkeit der Stützkraft
vor, wie dies z. B. durch die Änderung der Federvorspannung oder durch Änderung
der Pendelgewichte oder -längen möglich ist.
-
Die Erfindung möge nun an den in den Abbildungen dargestellten Beispielen
noch näher erläutert werden.
-
Ohne Ansehen der Ausbildung der Teile im Einzelfall bedeutet in sämtlichen
Abbildungen z antreibende Reibfläche, 2 abtreibende Reibfläche, 3 eigentliche Getriebekugel,
q. Kugelkäfig, 5 Antrieb des Käfigs, 6 Stützrolle, 7 Erzeuger der veränderlichen
Stützkraft, 8 Regelorgan der Stützkraft. Zweistellige Zahlen gelten für Teile mit
Doppelfunktionen, wobei den einzelnen Ziffern die Bedeutung der einstelligen Teilnummern
zukommt.
-
Die ausgezogenen Pfeile gelten, soweit sie nicht als Schnittbezeichnungen
erkenntlich sind, als Richtungsangabe für die Arbeitsbewegungen, die gestrichelten
Pfeile für die Verstellbewegungen.
Die Angäben an. und ab bezeichnen
jeweils die An= bzw. Abtriebsseite.
-
Als Beispiele für einfache Getriebe nach der Erfindung gelten die
in den Achsenschnitten, dargestellten Getriebe der Ahb. i und 2. In Abb. i handelt
es sich um Reibflächen i und :2 mit geraden, in Abb. 2 um solche mit kreisbogenförmigen
Berührungserzeugenden. Dementsprechend ist der Käfig 4 im einen Fall geradlinig
verschiebbar, im anderen um den Mittelpunkt der Leerlaufberührungserzeugenden schwenkbar
eingerichtet. Unter allen Umständen berührt der Käfig die Kugel 3 nur an deren Polen.
Die Berührungsflächen des Käfigs bleiben gegeneinander in Ruhe. Es sind hier nurFälle
dargestellt, bei denen dieReibflächenachsen parallel sind. Es ist aber leicht vorstellbar,
wie sich die Bilder ändern, wenn die Reibflächenachsen einander schneiden.
-
Sowohl für Abb. i als .auch für Abb. 2 gilt der Schnitt I-K (Abb.
3). Da es sich hier bei den Reibflächen durchweg um Innendrehflächen handelt, erscheinen
beide Reibflächen in der Schnittebene, das ist die Ebene des Kugelröl'lkreises,
als hohl gewölbt mit den Krümmungsmittelpunkten K1 und K2. Der ausgezogene Kreis
kennzeichnet die Lage der Kugel 3 im Leerlauf, der gestrichelte Kreis die bei Belastung.
Wie die Abbildung zeigt, liegen die Berührungspunkte der Kugel im Leerlauf auf einem
Durchmesser. Infolge des Widerstandes der abtreibenden Reibfläche 2 bei Belastung
wird die Kugel von der antreibenden Reibfläche i mitgenommen und in die gestrichelte
Lage gebracht. Die Berührungspunkte liegen jetzt infolge der Verjüngung des Raumes
zwischen den Reibflächen von der Kugelleerlaufstellung aus auf einer Sehne, die
mit den zugehörigen Radien je einen Winkel einschließen, der halb so groß ist als
der Winkel, den die Berührungsebenen miteinander einschließen. Der Winkel zwischen
Sehne und Radius muß natürlich kleiner sein als der Reibungswinkel und ist sowohl
in dieser Abbildung als auch in den Abb. 6, 8 und i z durch einen stark ausgezogenen
Bogen kenntlich gemacht.
-
In Abb. 4 ist ein Achsenschnitt durch ein Getriebe gezeigt, bei welchem
die als Innendrehflächen ausgebildeten An- und Abtriebsreibflächen i und 2 auf zwei
getrennten Wegen über Kugel 3-Zwischenreibfläche 2i-Kugel 3' gekoppelt sind. Die
kegeligen Zwischenreibflächen sitzen jede für sich drehbar auf einer als Nockenwelle
5 ausgebildeten gemeinsamen Achse. Die zu einem Rahmen vereinigten einzelnen Käfige
4 werden zum Zweck der Änderung des Übersetzungsverhältnisses durch die auf der
von außen verstellbaren Nockenwelle festsitzenden Nocken in Richtung der An- und
Abtriebswelle verschoben. Dabei berühren die Kugeln 3 die Antriebsreibfläche i sowie
die Kugeln 3' die Abtriebsreibfläche 2 jeweils auf gleichen Radien. Die entsprechenden
Eingriffsradien auf den Zwischenreibflächen 21 sind ebenfalls immer gleich.
-
In Abb. 5 ist ein Hauptachsenschnitt durch ein Getriebe abgebildet,
bei dem gegenüber dem Getriebe der Abb.4 die Formen der An- und Abtriebsreibflächen
i und 2 einerseits und die der Zwischenreibflächen andererseits vertauscht sind.
Außerdem sind am Umfang des Getriebes drei Zwischenreibflächen 21 mit den zugehörigen
Kugeln 3 und 3' gleichmäßig verteilt zu denken. Die Verschiebung des Rahmens mit
den Käfigen 4 zur Drehzahländerung erfolgt hier durch einen Hebel 5.
-
Die Abb. 6 (Schnitt L-M) gilt in gleichem Maße für die Getriebe der
Abb. 4 und 5. Entsprechend den. verschieden gewölbten Reibflächen erscheinen auch
deren Krümmungen in der Schnittebene als außen bzw. innen gewölbt. Im übrigen gilt
das zu Abb. 3 Gesagte sinngemäß.
-
Getriebe, bei denen bei Übersetzungsänderung nur rollende Reibung
zu überwinden ist, erscheinen in den Abb. 7, 9 und io, und zwar in Abb. 7 ein solches
mit zwei Kugeln und geradliniger Verstellung des Käfigs und in den Abb. 9 und io
solche mit drei Kugeln und schwenkbaren Käfigen.
-
Der zum Getriebe Abb. 7 gehörige Schnitt N-0 ist in Abb. 8 gezeigt.
-
Aus der Abb. i i geht klar hervor, daß die mittlere (Zwischen-) Kugel
21 der -Getriebe nach Abb. 9 und io durch seitliche Rollen 6 abgestützt sein muß,
weil sonst die Kugel aus dem Verband ausknicken würde. Ebenso erklärt sich die zusätzliche
dritte Rolle 6*, die in Abb. io dargestellt ist und den Pol der Zwischenkugel abstützt.
-
Zur Erläuterung dessen, daß die Kugel das Bestreben hat, je nach Getriebebeaufschlagung
mit mehr oder weniger großer Kraft den Käfig zurückzudrängen und damit die. Übersetzung
zu ändern, wurde das Getriebe nach Abb. 12 mit der zugehörigen Schnittzeichnung
(U-V) nach Abb. 13 gewählt.
-
Bekanntlich findet die Berührung der Kugel mit den Reibflächen nicht
in ideellen Punkten, sondern in wenn auch kleinen, so doch meßbaren Flächen (Ellipsen)
. statt. Ferner steht nach obigem fest, daß unter der Getriebebeaufschlagung der
Kugelmittelpunkt und noch mehr die Kontaktflächen mit den Reibflächen aus der Ebene
der Reibflächendreh achsen (Z-Z, Abb, 13) herauswandern. Die Punkte X13, X1, X3
seien Punkte innerhalb der Kontaktfläche der Kugel mit der Antriebsreibfläche i,
die Punkte Y23, Y2, Y3 solche innerhalb der Kontaktfläche mit der Abtriebsreibfläche
2. Die Verlagerung aus der Ebene ist der Deutlichkeit halber stark übertrieben dargestellt.
Die Kegelspitzen der Reibflächen sind mit 01 und 02 bezeichnet.
-
Im Punkt X13 mögen sich ein Punkt der Kugeloberfläche und ein solcher
der Reibfläche i berühren. Beim Abwälzen wird der Kugelpunkt nach X3, der Reibflächenpunkt
nach X1 wandern. Da aber alle drei Punkte nach der Annahme noch innerhalb der Berührungsellipse
liegen, muß während des Abwälzens eine gewaltsame Verschiebung durch eine vom Käfig
von unten her ausgeübte Kraft stattgefunden haben. Anderenfalls wäre der Punkt X3
auch nach X1 gelaufen und die Kugel entsprechend abgesackt. Die gleiche Überlegung
sinngemäß für den Punkt Y23 bzw. Y2 und Y3 angewandt
liefert auch
hier das Ergebnis, daß die Kugel nach unten drückt.
-
Bei Betrachtung der Abb. 12 kann man ohne weiteres erkennen, daß das
Bestreben der Kugel, sich nach unten zu bewegen, einer Verringerung der Abtriebsdrehzahl
entspricht.
-
Das für Abb. 12, dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt
zur Einstellung des Käfigs entsprechend einem bestimmten Übersetzungsverhältnis
im Leerlauf das an Ort drehbare, als Mutter ausgeführte Handrad 5. Durch die Zwischenschaltung
der Federn 7 und 7' zwischen dem Verstellantrieb 5 und dem eigentlichen Käfig ist
letzterer nachgiebig und hat so die Eigenschaft; mit zunehmender Verdrängung durch
die Kugel auf diese eine zunehmende Stützkraft auszuüben. Je nach der Kraft- und
Drehrichtung des Getriebes wird dabei entweder die Feder 7, wie dargestellt, oder
die Feder 7' beansprucht. Die Stützkraft kann durch Änderung der Federvorspannung
von dem Handrad 8 aus über eine Spindel und gegenläufige Muttern: von außen her
geregelt werden.