WO1999018366A1 - Getriebe mit stufenlos einstellbarer übersetzung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit stufenlos einstellbarer Übersetzung zur Wandlung von Drehzahlen und Drehmomenten zwischen zwei Wellen. Derartige Wandler finden in der gesamten Antriebstechnik, wie z.B. bei Werkzeugmaschinen und Fahrzeugantrieben Verwendung. Das erfindungsgemäße Getriebe gestattet eine gleichförmige Bewegungsübertragung von der An- auf die Abtriebswelle bei gleichzeitig erheblich geringeren Verschleißerscheinungen an seinen funktionsbestimmenden Getriebeelementen, insbesondere des abtriebsseitigen Getriebe-Teilsystems. Zur Verschleißminderung sind Mittel vorgesehen, die den Translationsbewegungen der Übersetzungseinrichtung eine die Geschwindigkeit der Abtriebsbewegung nur unwesentlich beeinflussende zusätzliche Bewegung überlagern.

Description

Getriebe mit stufenlos einstellbarer Übersetzung

Die Erfindung betrifft em Getriebe mit stufenlos einstellbarer Übersetzung zur Wandlung von Drehzahlen und Drehmomenten zwischen zwei Wellen Derartige Wandler finden in der gesamten Antriebstechnik, insbesondere bei Werkzeugmaschinen und bei Fahrzeugantrieben Verwendung

Das erfindungsgemaße Getriebe gestattet eine gleichförmige Bewegungsubertragung von der An- auf die Abtriebswelle Es zeichnet sich durch erheblich verringerte Verschleißerscheinungen an seinen funktionsbestimmenden Getriebeelementen aus Das stufenlos einstellbare Getriebe besteht aus wenigstens zwei zeitlich versetzt arbeitenden Getπebeem- heiten. die die Drehbewegung der Antπebswelle absatzweise für jeweils ein Zeitintervall (Kraftubertragungsphase) auf die Abtriebswelle übertragen Dabei wird die gleichförmige Drehbewegung der Antriebswelle in jeder Getπebeemheit in der Kraftubertragungsphase durch ein erstes Kraftubertragungsmittel in eine erste gleichförmige Translationsbewegung umgewandelt, durch eine veränderbare Ubersetzungseinrichtung diese Bewegung in eine zweite gleichförmige Translationsbewegung (Hub) mit einer von der Ubersetzungsemstellung abhangigen Geschwindigkeit umgeformt und durch das zweite Kraftubertragungsmittel diese Translationsbewegung (Hub) in eine gleichförmige Drehbewegung umgewandelt, die wiederum über eine selbstschaltende oder schaltbare Kupplung auf die Abtriebswelle übertragen wird Ein derartiges Getriebe ist als eine Variante von Schaltwerksgetrieben aus DE - PS 474 205 bekannt Dort wird em Getriebe vorgeschlagen, bei dem die Drehbewegung der Antπebswelle mittels mehrerer auf der treibenden Welle angeordneter Kurvenscheiben in eine Hin- und Herbewegung von Schubstangen und unter Zwischenschaltung einer veränderlichen Ubersetzungseinrichtung in eine Hin- und Herbewegung von Zahnstangen umgewandelt wird, die anschließend über Zahnrader und Sperrkupplungen (Freilaufkupplungen) nacheinander auf die Abtriebswelle einwirken und diese antreiben Die Ubersetzungseinrichtung besteht aus einem zweiarmigen Hebel mit verstellbarem Drehpunkt zur Veränderung der jeweils wirksamen Hebellangen und damit auch der Ubersetzungsgroße Wahrend der Kraftübertragung bewegen sich die Zahnstangen mit gleichbleibender Geschwindigkeit und können somit die Abtπebswelle mit gleichbleibender Winkelgeschwindigkeit antreiben In ähnlicher Weise erfolgt auch die Bewegungsubertragung in der Vorrichtung nach US - PS 45 65 105

E wesentlicher Mangel derartiger Getriebesysteme besteht dann, daß die bei der Umsetzung der Translationsbewegung in die Drehbewegung der getriebenen Welle, z B der H - und Herbewegung der Zahnstange in die Drehbewegung des Zahnrads in einem Zahnstangen/ Zahnradtrieb auftretenden Verschleißerscheinungen gerade im Dauerbetrieb von beträchtlicher Große sind und die Zuverlässigkeit des Gesamtgetriebes erheblich beeinträchtigen können Diese Verschleißerscheinungen betreffen insbesondere diejenigen Bereiche der Verzahnung von Zahnstange und Zahnrad, die bei der periodischen Belastung im Dauerbetπeb häufiger einer besonders großen mechanischen Belastung ausgesetzt sind als andere Bereiche Aber auch beim Einsatz von Kurvengetrieben als zweites Kraftubertragungsmittel ist der dort in den Bereichen zwischen Eingriffs- und Kurvengliedern bzw zwischen Emgriffsgliedern und dessen Fuhrungen auftretende Verschleiß trotz der geringeren Rollreibung nicht vernachlassigbar Die ungleichmäßige Verteilung des Material abtrags durch Verschleiß infolge der ungleichmäßigen Beanspruchung der zur Verfugung stehenden Hubstrecke der Zahnstange bzw des Eingπffsgheds wird noch dadurch verstärkt, daß bei einem - infolge Vergrößerung der Ubersetzungseinstellung - verringerten Hub (Verringerung der Lange der Hubstrecke) die zu übertragende Kraft - unter der Voraussetzung konstanter Ubertragungs- leistung - noch zunimmt Die starke und vor allem auch ungleichmäßige Abnutzung an den funktionsbestimmenden Kontaktflachen der die Bewegung übertragenden Getriebeelemente des zweiten Kraftubertragungsmittel s hat aber Abweichungen von der gewünschten Relativbewegung der Getπebemittel zur Folge, die wiederum die Ursache für einen rasch fortschreitenden Verschleißprozeß sind

Die Aufgabe der Erfindung liegt daher in der Schaffung eines Getriebes mit kontinuierlich veränderbarem Übersetzungsverhältnis mit möglichst gleichförmiger Übertragung der Bewegung, bei dem durch einen weitgehend verringerten Verschleiß an funktionsbestimmenden Kontaktflachen, insbesondere des abtπebsseitigen Getriebe-Teilsystems (zweites Kraftubertragungsmittel), die Zuverlässigkeit und Betriebsdauer des Gesamtgetriebes wesentlich erhöht werden kann

Die Losung der Aufgabe unter Verwendung eines Getriebes für eine stufenlose Drehzahlwandlung der eingangs beschriebenen Art erfolgt gemäß Hauptanspruch dadurch, daß eine fortwahrende Verlagerung des für den Hub benutzten Bereiches innerhalb der nutzbaren Hubstrecke des zweiten Kraftubertragungsmittel s wahrend des Getriebelaufs vorgenommen wird Wird beispielsweise em Hebelsystem als Ubersetzungseinrichtung verwendet, kann erfindungsgemaß durch eine zusatzliche Bewegung des Drehpunktes des Hebelsystems parallel zu den Bewegungsbahnen der Hubelemente der beiden Kraftubertragungsmittel eine fortwahrende Verlagerung der Verschleißbereiche und damit abtπebsseitig eine gleichmäßigere Abnutzung an den Zahn- bzw Kurvenflanken und Fuhrungsbahnen der Hubelemente erreicht werden Diese Uberlagerungsbewegung erfolgt mit einer die Abtriebsbewegung nur unwesentlich beeinflussenden Geschwindigkeit

Die Erfindung soll anhand eines Ausfuhrungsbeispiels sowie dazugehörigen schematischen Abbildungen naher erläutert werden (Es wird dabei stets vorausgesetzt, daß die Ubersetzungsemstellung über die hier betrachteten Zeitabschnitte gerade konstant gehalten wird und sich die Antriebswelle gleichförmig dreht )

Fig 1 zeigt beispielhaft eine Getriebeeinheit in Seitenansicht, die an- und abtπebsseitig ebene Kurvenscheiben benutzt und zur Bewegungsubertragung und Ubersetzungsemstellung ein Hebel System anwendet

Fig 2 zeigt einen Teil der Ubersetzungseinrichtung des Getriebes nach Fig 1 mit der erfϊndungsgemaßen Einrichtung zur Verschleißminderung In Figur 1 ist schematisch ein Getriebe dargestellt, dessen Getriebeeinheiten axial nebeneinander angeordnet sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit zeigt die Figur 1 allerdings nur eine der beiden, gleich aufgebauten Getriebeeinheiten. Als ein erstes Kraftübertragungsmittel 1 wird ein ebenes Kurvengetriebe mit einer Kurvenscheibe als Kurvenglied 2 verwendet, die beidseitig mit einer Nutkurve 3 versehen ist. Das Kurvenglied ist verdrehfest mit einer Antriebswelle 4 verbunden. Im Lastbereich - in der Figur der Bereich zwischen Position A und Position B bei rechtsdrehender Scheibe - hat die Kurvenflanke der Nutkurve die Gestalt einer Kreisevolvente. Als Eingriffsglied 5 dient ein Hubschlitten mit Kurvenrollen 6. Das Eingriffsglied wird mittels Rollen 7 entlang von Führungsschienen 8 in einer Führungsbahn C — C geradlinig geführt. Mit Hilfe von Hebelschienenrollen 9, die im Ausführungsbeispiel auf derselben Achse wie die Kurvenrollen 6 gelagert sind, wird die Bewegung des Hubschlittens auf ein Hebelsystem mit Hebelschienen 10 übertragen. Das drehbar gelagerte Hebelsystem bewegt einen Hubschlitten , der als Eingriffsglied 1 1 für ein zweites Kraftübertragungsmittel 14 dient. Er ist von gleichem Aufbau wie das Eingriffsglied 5 und wird durch Führungsschienen 12 in einer Führungsbahn D — D geführt, die parallel zu der Führungsbahn C — C und den Führungsschienen 8 verläuft. Er treibt mit seiner Kurvenrolle das Kurvenglied 13 des Kraftübertragungsmittels 14, das analog dem Kurvenglied 2 ausgebildet ist und Drehschwingungen ausführt. Von diesen Drehschwingungen werden jeweils in der Kraftübertragungsphase die Abschnitte gleichförmiger Drehbewegung über eine - hier nicht dargestellte - selbstschaltende oder schaltbare Kupplung auf die Abtriebswelle 20 übertragen. Die drehbare Lagerung des Hebelsystems erfolgt in Lagerhaltern 16 mittels durch Kröpfung versetzt angeordneten Achsstummeln. Die Lagerhalter sind an einem Rahmen 17 befestigt, der unter Verwendung von Gewindespindeln 18 relativ zum Gehäuse verschoben und in der vorgewählten Position fixiert werden kann. Die Verdrehung der Gewindespindeln erfolgt immer gleichsinnig und um jeweils gleiche Beträge, z.B. unter Anwendung eines Kettengetriebes 19.

Unter der Voraussetzung einer gleichförmigen Drehbewegung der Antriebswelle 4 führt das Eingriffsglied 5 eine schwingende geradlinige Bewegung aus, die in der Kraftübertragungsphase eine von der Übersetzungseinstellung unabhängige gleichförmige Bewegung darstellt. Hingegen führt das Eingriffsglied 1 1 eine schwingende geradlinige Bewegung aus, die in der Kraftübertragungsphase gleichförmig ist und deren (konstante) Geschwindigkeit von der jeweiligen Übersetzungseinstellung abhängt. Das Übersetzungsverhältnis bestimmt sich aus dem Verhältnis der wirksamen Hebellängen des Hebelsystems. Dieses ist wiederum durch das Verhältnis der Abstände zwischen dem Drehpunkt E des Hebelsystems und den Führungsbahnen C — C , D--D der Eingriffsglieder definiert. Diese Abstände werden durch die Positionierung des Rahmens 17 mit Hilfe der Gewindespindeln 18 festgelegt, da der Rahmen 17 die Lagerhalter 16 für die drehbare Lagerung des Hebelsystems trägt. Durch die Verdrehung der Gewindespindeln kann somit das Übersetzungsverhältnis stufenlos verstellt werden und innerhalb gewisser Grenzen jeden beliebigen, vorgegebenen Wert annehmen. Die versetzte Anordnung der Achsstummel ermöglicht es, den Drehpunkt E des Hebelsystems bis zur Führungsbahn D — D und auch darüber hinaus zu verschieben. Dadurch kann die Abtriebsdrehzahl bis auf den Wert Null abgesenkt und bei einer Ausstattung mit geeigneten Kupplungen auch eine Umkehr der Drehrichtung der Abtriebswelle 20 (bei unveränderter Antriebsrichtung) vorgenommen werden.

Das Eingriffsglied des ersten oder zweiten Kraftübertragungsmittels muß nicht - wie weiter oben beschrieben - zugleich auch das Hubelement sein, das in die Hebelschienen 10 des Hebelsystems eingreift. Eingriffsglied und Hubelement können auch unterschiedliche Bauteile sein, zwischen denen eine Kraftübertragung erfolgt.

An Stelle von Kurvengetrieben können auch Kettengetriebe oder Zahnrad-Zahnstangen- Getriebe als erstes oder zweites Kraftübertragungsmittel zur Anwendung gelangen. Bei Verwendung eines Zahnrad-Zahnstangen-Getriebes als erstes Kraftübertragungsmittel muß allerdings ein Teil der Verzahnung des Zahnrades ausgespart und eine Vorrichtung zur Rückbewegung der Zahnstange vorgesehen werden. Zweckmäßig ist die Verwendung des Zahnrad-Zahnstangen-Getriebes als zweites Kraftübertragungsmittel.

Figur 2 zeigt schematisch den Teil der Ubersetzungseinrichtung des Getriebes gemäß Fig. 1 , der mit der erfindungsgemäßen Einrichtung versehen wurde. Der Lagerhalter 16 ist hierbei - im Unterschied zur Ausführung nach Fig. 1 - am Rahmen 17 parallel zu den Führungsbahnen C — C, D — D der Eingriffsglieder verschiebbar angeordnet. Infolge der parallelen Ausrichtung hat die Verschiebung des Lagerhalters keinen Einfluß auf die Abstände zwischen dem Drehpunkt E des Hebelsystems und den Führungsbahnen der Eingriffsglieder und somit auch keinen Einfluß auf die Größe des Übersetzungsverhältnisses. Eine im Gehäuse drehbar gelagerte Kurbel 21 wird von der Antriebswelle über ein hier nicht dargestelltes Getriebe mit so großem Übersetzungsverhältnis bewegt, daß ihre Drehgeschwindigkeit im Vergleich zur Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle vernachlässigbar klein ist. Die Kurbel besitzt einen Mitnahmestift 22. der in eine drehbar im Gestell gelagerte Schleife 23 eingreift und diese zu langsamen Drehschwingungen anregt. Die Schleife 23 greift in einen Mitnahmestift 24, befestigt am Lagerhalter 16, ein. Durch die Bewegung der Schleife wird der Lagerhalter längs seiner Führung am Rahmen langsam verschoben. Dadurch verändert der Drehpunkt E des Hebelsystems seine Lage. Infolgedessen verschiebt sich auch mit einer die Abtriebsbewegung nur unwesentlich beeinflussenden Geschwindigkeit der vom Hubschlitten 1 1 benutzte Bereich innerhalb der nutzbaren Hubstrecke. Man erreicht somit eine gleichmäßigere Abnutzung der Kurvenflanken sowie der Führungsschienen des zweiten Kraftübertragungsmittels.

Die hier beschriebene Ausführungsform der Erfindung stellt nur eine bevorzugte Lösungsvariante des Problems dar. Entscheidend für andere konstruktive Lösungen ist, daß im zweiten Kraftübertragungsmittel durch eine fortwährende langsame Verschiebung des für den Hub benutzten Bereiches ein gleichmäßigerer Materialabtrag auf der gesamten nutzbaren Hubstrecke erfolgen kann. Diese Zusatzbewegung sollte allerdings - innerhalb des zu nutzenden Stellbereichs - die Größe des Hubs und damit auch die Größe der Übersetzung nicht wesentlich verändern.

Claims

Patentansprüche

1. Getriebe mit stufenlos einstellbarer Übersetzung, bei dem durch wenigstens zwei zeitlich versetzt arbeitende Getriebeeinheiten die Drehbewegung einer Antriebswelle (4) absatzweise für jeweils ein Zeitintervall (Kraftübertragungsphase) auf eine Abtriebswelle (20) übertragen wird, wobei jede Getriebeeinheit aus einem ersten Kraftübertragungsmittel (1), einer veränderbaren Ubersetzungseinrichtung und einem zweiten Kraftübertragungsmittel (14) sowie einer selbstschaltenden oder schaltbaren Kupplung besteht und wobei - unter der Voraussetzung gerade konstant gehaltener Übersetzungseinstellung - in der Kraftübertragungsphase das erste Kraftübertragungsmittel (1) die gleichförmige Drehbewegung der Antriebswelle (4) in eine gleichförmige Translationsbewegung umwandelt, die Ubersetzungseinrichtung diese Bewegung in eine andere, ebenfalls gleichförmige Translationsbewegung (Hub) mit einer von der Übersetzungseinstellung abhängigen Geschwindigkeit umformt und das zweite Kraftübertragungsmittel (14) diese Translationsbewegung (Hub) in eine gleichförmige Drehbewegung umwandelt, die wiederum über die Kupplung auf die Abtriebswelle (20) übertragen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zusätzlich Mittel vorgesehen sind, die den für den Hub benutzten Bereich innerhalb der nutzbaren Hubstrecke des zweiten Kraftübertragungsmittels während des Getriebelaufs mit einer die Abtriebsbewegung nur unwesentlich beeinflussenden Geschwindigkeit verschieben.

2. Getriebe mit stufenlos einstellbarer Übersetzung nach Anspruch 1 mit einer ein Hebelsystem enthaltenden Ubersetzungseinrichtung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Hebelsystem in einem durch einen Rahmen (17) geführten Lagerhalter (16) drehbar gelagert und der Rahmen mittels eines Übersetzungsstellers mit einer oder mehreren Gewindespindeln (18) parallel verschiebbar und in der vorgewählten Position fixierbar ist, daß das Hebelsystem Hebelschienen (10) besitzt, in die ein Hubelement jedes der beiden Kraftübertragungsmittel (1,14) eingreift, wobei die Hubelemente in zueinander parallelen geradlinigen Bewegungsbahnen (C — C, D — D) geführt werden, daß durch den Übersetzungssteiler der Rahmen (17) mit dem Lagerhalter (16) derart verschiebbar ist, daß das Verhältnis der Abstände zwischen dem Drehpunkt (E) des Hebelsystems und den Bewegungsbahnen stufenlos veränderbar ist, und daß eine durch die Antriebswelle (4) angetriebene schwingende Kurbelschleife (21, 22, 23) den Lagerhalter (16) innerhalb seiner Führungsbahn im Rahmen (17) zusätzlich bewegt und positioniert.