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Stufenlos regelbares mechanisches Getriebe Die bekannten stufenlos
regelbaren mechanischen Getriebe weisen im allgemeinen höchstens zwei parallel geschaltete
Reibstellen auf, in welchen die Kraftübertragung erfolgt. DieLeistung von stufenlosen
Reibungsgetrieben wird dadurch begrenzt, daß an jederReibungsstelle nur eine begrenzte,
von denn Reibungskoeffizient und der Beanspruchungsfähigkeit der Reibflächen abhängige
Kraft übertragen werden kann. Die Parallelschaltung mehrererReibstellen würde eine
entsprechendeErhöhung der übertragbaren Kräfte gestatten, jedoch ist es bisher nicht
möglich gewesen, die an den einzelnen Reibstellen übertragenen Gesch-,vindigkeiten
völlig gleich zu machen. Hierdurch treten dann unerwünschteReibungsverluste ein,
die diesen einfachen Weg der Leistungserhöhung bei stufenlosen Reibungsgetrieben
verhindern.
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Erfindungsgemäß wird nun ein neuartiges mechanisches Reibungsgetriebe
vorgeschlagen, das es gestattet, zwei oder mehr Kegelreibräder so, anzuordnen, daß
von allen jeweils die gleiche Umfangskraft und Umfangsgeschwindigkeit auf ein gemeinsames
Abtriebsrad 8 übertragen wird. Hierbei regelt sich der Zustand der gleichen Geschwindigkeits-
und Kraftübertragung durch alle Antriebsglieder immer selbstätig wieder ein, wenn
er zufällig gestört werden sollte. Das Getriebe gestattet es also hierdurch, die
zwei- oder mehrfache Leistung zu übertragen, die sonst durch ein Kegelreibrad auf
Gegenrad oder Gegenring übertragen werden kann.
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Das Getriebe besitzt darüber hinaus folgende Vorteile: Antrieb und
Abtrieb liegen auf der gleichen Achse. Das Getriebe überträgt keine nach außen wirkenden
Kräfte, da alle zur Anpreßkraft erforderlichen Drücke im Innern aufgenommen werden.
Die Anpreßkraft der Reibrollen 6 an den Reibring 7 steigert sich selbsttätig mit
denn zu
übertragenden Drehmoment, es besteht also keine Schlupfgefahr.
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Das Getriebe hat weiter den für eine Reihe von Anwendungszwecken entscheidenden
Vorteil, gleichzeitig als Kupplung dienen zu können. Hierzu wird am Regelhebel r
z nur nach Einregelung der kleinsten Übersetzung der Reibring 7 von den Reibkegeln
6 heruntergezogen. Beim Wiedereinkuppeln beginnt die Wirkungsweise des Getriebes
wieder mit der kleinsten Übersetzung.
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Außerdem kann das Gesamtgetriebe so ausgelegt werden, daß die größte
Übersetzung gerade dem Übersetzungsverhältnis z : r zwischen an- und abtreibender
Welle entspricht. Bei dieser Ausbildung kann dann nach Einstellen dieser Übersetzung
der Reibring außer Eingriff mit den Reibkegeln 6 gebracht werden, und An- und Abtriebswelle
r und 2 können direkt formschlüssig miteinander gekuppelt werden. In diesem Arbeitszustand
wird dann das Reibungsgetriebe überhaupt nicht mehr beansprucht, und es treten auch
keinerlei Reibungsverluste ein.
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Diese Ausbildung des Getriebes ist von besonderem Interesse durch
seine Anwendung in Fahrzeugen aller Art, da das Getriebe es gestattet, die meiste
erwendete Übersetzung z : r einzustellen und gleichzeitig als Anfahrkupplung verwendet
werden kann.
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Das Getriebe kann so, ausgeführt werden, daß der Drehsinn der gleichachsigen
Abtriebswelle 2 der gleiche ist wie der der Antriebswelle Z oder daß :die Abtriebswelle
2 den entgegengesetzten Drehsinn aufweist. Für besondere Anwendungszwecke kann das
Getriebe erfindungsgemäß auch noch so ausgeführt werden, daß der Drehsinn der Abtrie@bswelle
2 wahlweise gleich oder entgegengesetzt dem Drehsinn der Antriebswelle z ist, wobei
die Drehzahl der Abtriebswelle 2 in jedem Drehsinn über den gesamten Regelbereich
geregelt werden kann, wobei das Getriebe wiederum auch als Kupplung dienen kann
und wobei bei gleichem Drehsinn die An- und Abtriebswelle auch, unter Ausschaltung
des Getriebes, direkt kraftschlüssig miteinander gekuppelt werden können.
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Das Wesen des erfindungsgemäß v orgeschlagenen Getriebes, besteht
darin, daß von einer Welle r aus zwei oder mehr Kegelreibräder 6 angetrieben werden,
die so angeordnet sind, daß sie ein gemeinsames Abtriebsrad 8 antreiben. Sie befinden
sich daher zweckmäßigerweise auf Achsen, die einen gleichen Winkel zur Antriebswelle
bilden und die jeweils um 18o, r2o oder 9o° gegeneinander versetzt sind. Die Kegelreibräder
6 müssen auf ihren jeweiligen Wellen axial verschieblich und um einen gewissen Winkel
drehbar angeordnet sein. Die Befestigung jedes Reibkegelrades 6 auf der Welle muß
hierbei so: erfolgen, d4ß das Reibkegelrad bei einem seiner Drehung entgegenwirkenden
Drehmoment die Tendenz hat, nach außen zu wandern, daß also bei wachsenden, zu übertragenden
Drehmomenten die einzelnen Reibkegel 6 mit entsprechend stärkerer Kraft nach außen
zu wandern ulstrebt sind. Dies ist beispielsweise möglich, wenn das Reibkegelrad
6 innen als Mutter ausgebildet und auf ein mit entsprechendem Gewinde versehenen
Stück der Welle aufgeschraubt wird.
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Die gleiche Wirkung kann auch durch angefräste Schrägen im Reibkegelrad
6, die mit entsprechend schrägen Mitnehmern auf der Welle zusammenarbeiten, erzielt
werden. Diese so angeordneten Reibkegelräder müssen nun mit einem großen Reihra-d8
zusammenarbeiten, das als Abtriebsrad 8 ausgebildet ist und das gegenüber der Abtriebswelle,
2, die gleichachsig mit der Antriebswelle liegt, in jeder Richtung schwenkbar ist.
Das Abtriebsrad 8 muß also mit der Abtriebsachse 2 gewissermaßen kardanisch verbunden
sein. Diese Wirkung kann einfacher, beispielsweise durch Lagerung in Gummi 9 erzielt
werden. Entscheidend für die Wirkungsweise des Getriebes ist die Anordnung des Drehpunktes,
um welchen die Abtriebsscheibe auf der Abtriebswelle schwenkt (s. Systemskizze).
Dieser Drehpunkt muß konstruktiv so gewählt werden, daß beim Übertragen einer größeren
Umfangskraft durch ein Reibkegelrad 6 der Reibring 7 durch die gleichzeitig an dieser
Reibstelle dann auftretende größere Normalkraft so um seinen Drehpunkt geschwenkt
wird, daß der betreffende Reibkegel 6 auf seiner Achse etwas nach außen wandert
und daß hierbei gleichzeitig die zwischen diesem Reibkegel 6 und dem Reibrad 7 wirksame
Übersetzung verringert. wird. Dementsprechend wird hierdurch auf die anderen Reibkegel
6 eine größere Kraft ausgeübt. Sie werden etwas nach innen gedrückt, und die dort
bisher wirksam gewesene Übersetzung wird vergrößert. Wird also der Drehpunkt für
den Abtriebsring so gewählt, dann stellt sich der Abtriebsring 7 automatisch so,
ein, daß von allen Reibkegeln 6 die gleichen Geschwindigkeiten und Kräfte auf ihn
übertragen werden. Ist an einem Reibkegel 6 die Übersetzung höher, so. überträgt
er eine stärkere Umfangskraft, da die beiden anderen Reibkegel 6 ja langsamer laufen.
Hierdurch verstellt sich der Reibkegel 6 nach außen, die Übersetzung dieses Reibkegels
auf das Reibrad 7 wird geringer, die Übersetzung der anderen Reibkegelräder 6 auf
das Reibrad 7 nimmt zu, bis das Gleichgewicht hergestellt ist.
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Auf den dargestellten Ausführungsbeispielen wurden die Reibkegel 6
so angeordnet, daß die Reibkegel 6 bei Veränderungen der Übersetzung keine Verstellung
in ihrer Lage erfahren. Die Eingriffskreise, die die Reibkegel 6 jeweils an den
Punkten gleicher Übersetzung berühren, bilden um die An- und Abtriebsachse angeordnete
Zylinder. Der Reibring 7, der zum Abtrieb dient, braucht daher nur parallel zur
Gesamtachse des Getriebes, d. h. parallel zur Abtriebswelle z verschoben zu werden,
um die verschiedenen Übersetzungen einzuschalten. Wird der Abtriebsring 7 über die
Spitze der Reibkegel 6 heruntergeschoben, so. sind An- und Abtriebswelle entkuppelt.
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Das stufenlose Getriebe besteht aus zwei Hauptgruppen, der Antriebsseite
a links und der Abtriebsseite b rechts, welche auf zwei polar zueinander angeordneten
Wellen angeordnet sind (z und
Die Antriebswelle i ist in dem mit
der Maschine starr verbundenen Getriebegehäuse 3 gelagert und überträgt die Antriebskraft
über die Klauenkupplung 4, die, je nach gewünschter Drehrichtung, mit Hebel 5 in
Stellung c oder d gebracht, über das entsprechend im Eingriff stehende Kegelrad
die drei Kegelreibräder 6 antreibt. Der Reibungsschluß erfolgt am Umfang der Kegelreibräder
6 mit dem 12cibring 7, welcher in der Abtrieb@sschei.be 8 befestigt ist. Die Verbindung
zwischen Abtriebsscheibe 8 und Abtrie#b,swelle 2 ist durch Befestigung der :@btrieb,sscheibe,
über eine elastische Zwischenlage (Gummi) 9, an dem Kupplungsflansch io, der in
Keilnuten auf Welle 2 sitzt, erreicht. Durch Gabelhebel i i wird die axiale Verschiebung
der Abtriebsscheibe 8 betätigt, wobei der Reibring 7, aus Ruhe- und Anfangsstellung
A nach links wandernd, bei stets kleiner werdendem übersetzungsverhältnis den Punkt
B (= kleinstes Übersetzungsverhältnis bzw. i : i, s. gezeichnete Stellung) erreicht.
Bei Weiterverschiebung nach links hört der Kraftschluß auf und wird in Stellung
C eine starre Verbindung zwischen Antriebswelle i und Abtriebs-Welle 2 durch die
Einkupplung der Zahnkupplungsteile 12 und 13 hergestellt, womit die direkte Kupplung
erfolgt ist.
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Bei der zeichnungsgemäß dargestellten Ausführung .sind die Wellen
der Reibkegel so angeordnet, daß die einen Zylinder bildenden Kreise, die die Reibkegel
in Punkten gleichen Durchmessers berühren, die Reibkegel umschließen. Als gemeinsames
Abtriebselement ruß daher hier ein Reibring ader eine Reibtrommel Verwendung finden.
Es kann aber auch ohne weiteres erfindungsgemäß eine andere Anordnung der Rdibke@gelwellen
so erfolgen, daß die einen Zylinder bildenden Berührungskreise von Punkten gleicher
Umfangsgeschwindigkeit auf den Reibkegeln innerhalb der Reibkegel liegen. In diesem
Fall ruß das gemeinsame An- bzw. Abtriebseleinent als Scheibe oder Zylinder ausgebildet
werden, und die Reibkegel sind außen um diesen herum angeordnet.
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Erfindungsgemäß ist ferner eine Anordnung möglich, bei welcher die
einzelnen Reibkegel auf zur Hauptantrie#bswel e i parallelen oder gene'igte'n Wellen
angeordnet sind, die durch ihre Anbringung in außerhalb der Getriebehauptachse liegenden
Drehpunkten radial nach außen oder innen geschwenkt werden können. Bei dieser Anordnung
ist es in bekannter Weise möglich, eine mit dein üBerg tragenen Drehmo@menrt anwachsende
Andrückkraft der Reibkegel an das gemeinsame Abtrieb,selement8 zu erzielen. Die
Einstellung verschiedener Durchmesser erfolgt hierbei ebenfalls wieder durch eine
Relativverschiebung zwischen Reibkegel 6 und dem gemeinsamen Abtriebselement 8 in
Richtung zur Hauptachse des Getriebes.
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Für die erfindungsgemäße Wirkungsweise aller dieser Getriebe ist es
gleichgültig, ob die Drehmomente von den Reibkegeln auf das gemeinsame Abtriebselement
oder, umgekehrt, von einem gemeinsamen Antriebselement auf die einzelnen Reibke-
gel übertragen «erden. Um verständlich zu machen, wie der erfindungsgemäße Ausgleich
der übertragenem Drehmomente und Umfangsgeschwindigkeiten. zwischen den Reibkörpern
und dem gemeinsamen Abtriebsglied erzielt wird, ist die Prinzipzeichnung Z2 beigefügt.
Die dort dargestellten Reibkegel i8a und i8b treiben die Reibtrommel ig mit dem
eingesetzten Reibungsring 2o an. Die Abtriebstrommel ig ist elastisch auf einer
Büchse 21 befestigt, die wiederum längs ververschieblich auf der Abtriebswelle 22
sitzt. Die elastische Verbindung zwischen Trommel ig und Büchse 21 wird durch eine
kardanisch wirkende flexible Kupplung 23 erzielt. Die Trommel ig hat dadurch die
Möglichkeit, sich mit ihrer Achse in einen Winkel zur Welle 22 einzustellen. Der
Drehpunkt, um welchen die Achse der Trommel ig sich hierbei dreht, liegt auf dem
Schnittpunkt, den die Mitte der elastischen Kupplung 23 mit der Welle 22 bildet.
Er ist in der Zeichnung mit 24 bezeichnet.
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Wie die Skizze ferner zeigt, werden die Reibkegel i8a und i8b von
den sie tragenden Wellen 25a und 25b über einen schrägen Nocken 2611 und 26b angetrieben,
der auf eine schräge Ebene 27a und 27b an den Reibkegeln i8a und 18b einwirkt. Je
größer nun das von der Welle 25a auf den Reibkegel i 8a übertragene Drehmoment ist,
desto. stärker ist die von dem schrägen Nocken 26a auf den Reibkegel 1811 über die
Schräge 27b in Richtung der Reibkegelachse ausgeübte Kraft. Diese Kraft sucht den
Reibkegel in Richtung seiner Drehachse nach außen zu schieben. Wird nun angenommen,
d'aß aus irgendeinem Grunde bei,der in der Zeichnung dargestellten Lage der Reibkegel
i:8a und i8b sowie der Abtriebstro@mmel ig vom Reibkegel 1811 eine größere Umfangsgeschwindigkeit
auf den Reibring ZU übertragen wird, so, erfolgt die gesamte Drehmomentübertragung
ausschließlich durch den Reibkegel 18a. Der Reibkegel 18b läuft ja an der Berührungsstelle
zwischen Reibring 2o und Reibkegel langsamer, und es kommt daher die Schräge 27b
mit dem Nocken 26b außer Eingriff. Der Reibkegel 1817 hat, da er ein großes Drehmoment
überträgt, die Tendenz, nach außen zu wandern. Er kann dies auch tun, da die von
ihm auf den Ring 2o und die Trommel ig ausgeübte Kraft keinen Widerstand findet,
weil von der entgegengesetzten Seite der Reibkegel i8b, der eine entgegengesetzte
Kraft ausüben könnte, außer Eingriff ist und daher keine Kraft übertragen kann.
Bei dieser nun stattfindenden Bewegung des Reibkegels 1811 nach außen wandert der
bisherige Berührungskreis des Reibringes 2o auf dem Reibkegel i8a parallel zur-
D.rehachse nach außen. Der Berührungskreis des Reibringes 20 wird gleichzeitig um
den Drehpunkt 24 geschwenkt. Erfindungsgemäß ist nun der Drehpunkt 24 so, angeordnet,
daß die sich aus den Kräfteverhältnissen ergebende Relativbewegung zwischen Antriebskegeln
18 und dem Abtri@ebsring 2o die Berührungspunkte zwischen beiden so@ verändert,
daß die von den Reibungskegeln mit größeren Drehmomenten bis "dahin übertragenen
Umfangsgeschwindigkeiten abnehmen. Um dies zu erzielen, ruß die Tangente an dem
Schwenkkreis des Reibringes
2o mit der Achse der Reibkegel einenWinkel
bilden. Fällt man daher vom Berührungspunkt 28 zwischen Reibring und Reibkegel eine
Normale auf die Reibkege@lachse, so muß diese wiederum zum Radiusstrahl des Reibringes
2o einen Winkel bilden.
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Die Zeichnung zeigt an, daß bei einer Bewegung des Reibkegels i8d
nach außen die Berührungsstelle 28 zwischen Reibring und Reibkegel allmählich näher
zur Drehachse des Reibkegels wandert. Bei sich nach außen bewegendem Reibkegel 18a
nimmt also die vom Reibkegel auf den Reibring 2o übertragene Umfangskraft kontinuierlich
ab. Auf der gegenüberliegenden- Seite tritt genau das Umgekehrte ein. Dort drückt
der Reibring den Reibkegel nach innen, und gleichzeitig verschiebt sich dort der
Berührungspunkt auf Kreise größerer Umfangsgeschwindigkeit auf dem Reibkegel. Ist
bei dieser Verschiebung der Gleichgewichtszustand eingetreten, in welchem die Umfangsgeschwindigkeiten
beider Reibkegel gleich sind, so sind auch die von den Reibkegeln i8a und 18b auf
den Reibring 2o ausgeübten. Kräfte gleich, und es tritt keine weitere Verschiebung
mehr ein.
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Bei diesem Getriebe regelt sich also die Belastung und Umfangsgeschwindigkeit
bei einer größeren Zahl auf den Umfang symmetrisch verteilter Reibkegel automatisch
auf den gleichem. Wert ein. Die Anordnung besitzt durch diese Eigenschaft noch den
Vorteil, daß selbsttätig Herstellungsungenauigkeiten, wie verschiedener Abstand
der Reibkegel von der Hauptan- und -abtriebs;achse oder nicht mathematisch genau
gleiche Kegelwinkel der Reibräder, ausgeglichen werden.
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Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Getriebes. Antriebsseite
a und Abtriebsseite b sowie deren polare Anordnung bleibt bestehen.
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Die Antriebswelle 3o ist in dem mit der Maschine starr verbundenen
Gehäuse 3 i gelagert und überträgt die Antriebskraft über die Klauenlicupplung32,
die, je nach der gewünschten Drehrichtung mit Hebel 33 in Stellung c oder d gebracht,
über das entsprechende, im Eingriff stehende Zahnrad 34 oder 35 die drei Zahnräder
36 antreibt, welche ihrerseits jeweils mit einem der drei in Schwingen 37 gelagerten
Zahnrädern 38 im Eingriff sind und somit die auf parallel zu den Hauptwellen gelagerten
Achsen 39 sitzenden Kegelreibräder 40 antreiben.
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Der Reibungsschluß erfolgt am Umfang der Kegelreibräder 40 mit dem
Reibring 41, welcher in der Abtriebstrommel 42 befestigt ist. Die Abtriebstrommel
42 ist in der Kugelschale 43 beweglich gelagert, damit ein jederzeit sicherer Reibungsschluß
zwischen Kegelrei;brädern 40 und Reibring 41 durch selbsttätiges Einstellen gewährleistet
ist. Die Kugelschale 43 ist mit der Abtriebswelle 44 verbunden und kann mittels
Hebel 45 auf dieser verschoben werden. Bei Verschiebung der Abtriebstromme142 nach
links wird über eine Führungsnut q:6 die Stange 47 in gleicher Richtung mitbewegt
und verschiebt eine mit ihr verbundene Steuerkurve48, in der derSchwinghebe149 gerührt
ist und der dadurch radial bewegt wird. Diese Bewegung wird durch die Hebel 5o auf
die Schwingen 37 übertragen, welche die Kegelreibräder 4o entsprechend nach außen
schwenken, um steten Reibungsschluß mit dem Reibring 41 zu gewährleisten.
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Bai Verschiebung der Abtriebstrommel nach rechts erfolgen die Bewegungen
der Kegelreibräder 40 bzw. der Schwingen 37 sinngemäß nach innen.
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Im weiteren Aufbau dieses Getriebes hinsichtlich starrer Verbindung
über Zahnkupplungsteile gelten auch hier die Ausführungen nach Fig. i bzw. der Beschreibung
auf S. 3 Abschn. 2.
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Der Unterschied zwischen dem Vorschlag nach Fig. i und dem nach Fig.
3 ist, daß hier infolge parallel angeordneter Kegelreihradwellen 39 die Abwälzkreise
zwischen Kegelreibrädern 4o und Reibring 41 in einer Ebene liegen, während bei.,
der Darstellung in Fig. i die Abwälzkreise in einem Winkel zueinander geneigt sind.