KEGELSCHEIBENUMSCHLINGUNGSGETRIEBE
Die Erfindung betrifft ein stufenlos einstellbares Kegelscheibenumschlingungsgetriebe mit zwei zueinander verstellbaren Kegelscheibenpaaren - einem antriebs- und einem abtriebsseitigen - wobei wenigstens eines der Kegelscheibenpaare eine axial verlagerbare Kegelscheibe mit einer Innenverzahnung umfasst, wobei diese Innenverzahnung mit der von einer Welle getragenen Außenverzahnung zur Drehmomentübertragung in Eingriff steht. Die Welle ist dabei ihrerseits antriebsmäßig verbunden mit der zweiten Kegelscheibe des entsprechenden Paares.
Derartige Kegelscheibenumschlingungsgetriebe sind beispielsweise durch die DE 42 34 294 A1 oder der DE 198 01 279 A1 bekannt geworden. Es wird daher bezüglich des prinzipiellen Aufbaues der Anordnung bzw. Verwendung derartiger Getriebe auf diesen Stand der Technik sowie auf den weiteren, z. B. unter der internationalen Klasse F 16 H auffindbaren Stand der Technik verwiesen.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Herstellung derartiger Getriebe kostengünstiger zu gestalten, indem nämlich insbesondere die für den Aufbau derartiger Getriebe notwendigen Kegelscheiben in besonders einfacher Weise herstellbar sind.
Dies wird gemäß der Erfindung bei einem Kegelscheibenumschlingungsgetriebe der eingangs genannten Art durch wenigstens eines der in den Ansprüchen angeführten Merkmale erzielt.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausgestaltungsmerkmale bzw. Wirkungsweisen werden im Zusammenhang mit der nun folgenden Figurenbeschreibung näher erläutert.
Dabei zeigen:
Figur 1 : Einen Scheibensatz ein Kegelscheibenpaar eines nicht vollständig dargestellten Kegelscheibenumschlingungsgetriebes und
Figur 2: Die vergrößerte Einzelheit E der Figur 1
Figur 3: Eine Abänderung der Einzelheit E.
Das in Figur 1 dargestellten Kegelscheibenpaar 1 kann mit einem weiteren Kegelscheibenpaar in ähnlicher Weise, wie dies beispielsweise in Figur 1 und 2 der DE 198 01 279 A1 gezeigt ist, in einem Getriebe funktionell angeordnet werden. Dabei kann die vorteilhafte Ausgestaltung des Kegelscheibenpaars 1 im Sinne der Erfindung auf das zweite Kegelscheibenpaar übertragen werden.
In Figur 1 bildet das Scheibenpaar 1 das antriebsseitige, von einem Motor antreibbare Scheibenpaar, das zweite - nicht dargestellte - Kegelscheibenpaar das abtriebsseitige Kegelscheibenpaar des entsprechenden Getriebes. Das Scheibenpaar 1 ist mit einer Welle 3 drehfest verbunden.
Jedes Scheibenpaar - hier das antriebsseitige Scheibenpaar 1 - hat eine axial bewegbare Scheibe 1 a mit axialen Endbereichen 22, 23 und je eine axial feste Scheibe 1 b. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Scheibe 1b einstückig mit der Welle 3 ausgestaltet. Die Scheibe 1 b sowie die nicht dargestellte Scheibe des anderen Schei- bensatzes können jedoch auch getrennt hergestellt werden und mit der entsprechenden Welle über entsprechende Verbindungen, wie z. B. Verschweißung, Verzahnung, Schrumpfverbindungen bzw. Pressverbindungen antriebsmäßig gekoppelt werden.
Zwischen den beiden Scheibenpaaren ist in bekannter Weise ein Umschlingungsmittel 4, insbesondere in Form einer Kette zur Drehmomentübertragung vorgesehen, das zwischen den Laufflächen 1c, 1d der Kegelscheiben 1a, 1 b verspannt ist
Die axial festen Scheiben können jeweils über den Umfang verteilte, nicht dargestellte Markierungen zur Ermittlung der Drehzahl und/oder der winkelmäßigen Position des entsprechenden Scheibenpaares 1 tragen. Diese Markierungen können einstückig mit der entsprechenden Scheibe ausgebildet sein oder aber durch ein zusätzliches, aufgesetztes Bauteil gebildet werden.
Die Scheibe 1a ist mittels wenigstens einer Kolben/Zylindereinheit 7 axial verlagerbar. In ähnlicher Weise ist auch die Scheibe des zweiten Scheibensatzes über eine Kolben/Zylindereinheit axial verlagerbar. Wie aus der Figur zu entnehmen ist, bildet die Kegelscheibe 1a unmittelbar einen Kolben, der in einen Zylinderteil 9 eintaucht, das mit der Welle 3 starr verbunden ist. Die axial verlagerbare Scheibe 1a besitzt einen inneren Nabenbereich 12, der eine Innenverzahnung 14 aufweist. Die Welle 3 weist eine Außenverzahnung 16 auf, die zur Drehmomentübertragung mit der Innenverzahnung 14 der Scheibe 1 a in Eingriff steht.
Wie im Folgenden noch in Verbindung mit Fig. 2 näher beschrieben wird, dienen wenigstens Bereiche zumindest einer der Verzahnungen 14, 16 zur Zentrierung bzw. zur Zentrierhilfe der Scheibe 1a auf der Welle 3.
Beim zweiten Scheibenpaar kann eine Ausgestaltung wie beispielsweise eine entspre- chende Zentrierung in ähnlicher Weise erfolgen.
Wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist, besitzt die Welle 3 eine Außenverzahnung 16 mit einer axialen Erstreckung. Im Nabenbereich 12 der Scheibe 1a ist eine Innenverzahnung 14 mit einer axialen Erstreckung vorgesehen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die axialen Erstreckungen zumindest annähernd gleich, diese können jedoch auch unterschiedlich sein. Die Länge der Verzahnungen 14, 16, sind derart bemessen, dass bei der in der oberen Hälfte der Fig. 1 dargestellten, am weitesten entfernten Position der beiden Kegelscheiben 1a, 1b eine axiale Überdeckung verbleibt, die derart bemessen ist, dass die notwendige Drehmomentübertragung zwischen der Welle 3 und der Scheibe 1 a zumindest über die Lebensdauer des Getriebes schadenfrei erfolgen kann.
An dem der Kegelscheibe 1 b abgewandten Ende der Verzahnung 16 besitzt die Welle 3 einen zylindrischen Zentrierbereich 21 mit einer axialen Erstreckung 22. Dieser Zentrierbereich 21 ist vorzugsweise durch Schleifen mechanisch bearbeitet und dient zur Zent- rierung bzw. als Zentrierungshilfe für die axial verlagerbare Scheibe 1a. Hierfür sind zumindest stellenweise vorzugsweise die gesamten Bereiche der den Kopfkreisdurchmesser 23 bildenden Bereich 14a der die Innenverzahnung 14 bildenden Zähne mechanisch bzw. spanabhebend bearbeitet und an den Zentrierdurchmesser 21 funktionell entspre-
chend angepasst. In vorteilhafter Weise können die den Kopfkreisdurchmesser 23 begrenzenden Bereiche der Verzahnung 14, geschliffen werden.
Der Zentrierbereich 21 ist vom axialen Endbereich 22 der Kegelscheibe 1a mit einem Abstand x so beabstandet, dass bei der Abstützung der Kegelscheibe 1 a auf der Welle 3 infolge der Einspannung des Umschlingungsmittels auftretende Abstützkräfte an der Kegelscheibe mit axialem Abstand zum Endbereich 22 angreifen. Dadurch kann Spannungsrissen am materialgeschwächten Endbereich vorgebeugt werden. Hierzu wird der Kopfkreisdurchmesser d im Verzahnungsbereich 20 der Verzahnung 16 gegenüber dem Kopfkreisdurchmesser e im Zentrierbereich 21 erweitert.
Zur radialen Freistellung des Verzahnungsbereichs im Endbereich 22 gegenüber der Welle 3 wird vorteilhafterweise das mit einer Öffnung im Kern versehene Rohteil der Kegelscheibe 1a vor dem Räumen der Verzahnung 14 über den Abstand x auf den Durch- messer d ausgedreht. Zusätzlich kann der der Lauffläche des Umschlingungsmittels zu- gewandete Endbereich 23 (siehe Figur 1) eine Ausdrehung aufweisen, wodurch der Kopfkreisdurchmesser f der Verzahnung 16 im Verzahnungsbereich 25 geringfügig größer als der Fußkreisdurchmesser der Verzahnung 16 ausgestaltet werden kann und sich die Zentrierung 21 als Schiebesitz auf einen engen axialen Bereich beschränken kann. Dabei können die Durchmesser d, f der beiden zugehörigen Kopfkreise gleich oder unterschiedlich sein, vorteilhafterweise ist der Kopfkreisdurchmesser d größer und kann so groß werden, dass keine Verzahnung im Teilbereich 20 mehr erhalten bleibt.
Figur 3 zeigt eine Abwandlung des in Figur 2 gezeigten Details, mit einem geänderten Nabenteil 112, das im Endbereich 124 über eine oder mehrere über den Umfang verteilte Radialnuten 128 verfügt, die in Verbindung mit einer in der Welle 103 eingebrachten Ölzuführung 129 stehen. Dadurch wird auch bei axial an der Zylindereinheit 109 anstehendem Nabenteil der Kegelscheibe 101a eine Verbindung zwischen dem Druckvolumen 109a und der Ölzuführung erreicht. Um in diesem Bereich einer Überbelastung vor- zubeugen, ist der Zentrierbereich 121 axial von der Nut 128 beabstandet und vom Endbereich 124 weg in Richtung Lauffläche verlagert. Dies erfolgt durch eine Erweiterung des Durchmessers d im Bereich x. Die Erweiterung des Durchmessers erfolgt vorteilhafterweise mittels eines Ausdrehens der Öffnung der Kegelscheibe. Es versteht sich,
dass eine Erweiterung des Durchmessers d im Endbereich 124 zur Verlagerung des
Zentrierbereichs 121 unabhängig von der Übertragung des Drehmoments in Drehrichtung vorteilhaft ist. Als Mittel zur Übertragung des Drehmoments kommen beispielsweise Verzahnungen, beispielsweise wie in den Figuren 1 und 2 beschrieben, sowie weitere ineinandergreifende Außen- und Innenprofile auch unter Verwendung von in Welle und Kegelscheibe eingebrachte Nuten eingelegten Kugeln in Frage.
Die Ausgestaltung des Nabenbereiches 12 der Figur 2 hat weiterhin den Vorteil, dass die Innenbereiche der Kegelscheibe 1a bzw. des Nabenbereiches 12 derart ausgestaltet sind, dass die Innenverzahnung 14 gegenüber den sich an diese axial anschließenden Bereiche 24 (siehe Figur 1) der Kegelscheibe 1a radial vollständig vorsteht. Eine derartige Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Innenverzahnung 14 in besonders einfacher Weise hergestellt werden kann, nämlich mittels eines Räumverfahrens. Es kann also in besonders vorteilhafter Weise eine Räumnadel mit einem entsprechenden Profil zur Herstellung der Verzahnung 14 verwendet werden, welche durch das entsprechend ausgebildete bzw. geformte mittlere Loch der Scheibe 1a hindurchgetrieben bzw. hindurchgezogen wird. Dies ist möglich, da aufgrund der Ausgestaltung des Nabenbereiches 12 keine Bereiche vorhanden sind, die sich mit der Verzahnung 14 radial überlappen.
Zweckmäßig ist es, wenn der durch die Bereiche 24 begrenzte Innendurchmesser zumindest gleich groß, vorzugsweise größer, ist wie der Fußkreisdurchmesser e der Verzahnung 14 bzw. der Kopfkreisdurchmesser der Verzahnung 16.
Wie aus Fig. 1 weiterhin zu entnehmen ist, bildet der sich an die Verzahnung 14 axial anschließende Bereich 24 des Nabenbereiches 12 zumindest über eine Teillänge seiner Erstreckung einen Zentrierbereich, der auf einem entsprechend angepassten Bereich 28 der Welle 3 axial verschiebbar aufgenommen ist.
Der durch das Bauteil 9 und die Kegelscheibe 1a begrenzte Druckraum 9a kann, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist, über axiale und radiale Bohrungen in der Welle 3 mit Drucköl versorgt werden. Dieses Öl dient gleichzeitig zur Schmierung des Verzahnungseingriffes bzw. der Zentrierung zwischen der Verzahnung 14 und dem Zentrierbereich
21. Hierbei kann über eine radiale Bohrung 29 über die 14 Öl zwischen den Zahnlücken der Verzahnung 14 in den Druckraum 9a fließen bzw. vom Druckraum 9a abfließen.
Wie vorbeschrieben werden gemäß der Erfindung die Innenverzahnungen der axial verlagerbaren Kegelscheiben vorzugsweise mittels einer Profilräumnadel hergestellt, wobei anschließend an den Räumprozess der Kopfkreisbereich der gebildeten Verzahnungsprofilierung mechanisch bzw. spanabhebend nachgearbeitet wird und zwar vorzugsweise durch eine Schleif Operation.
Obwohl die Außenverzahnungen auf den Wellen, beispielsweise der hier dargestellten Welle 3 mit der Außenverzahnung 16, mittels eines spanabhebenden Verfahrens, wie z. B. Profilfräsen, hergestellt werden können, ist es erfindungsgemäß besonders vorteilhaft, wenn diese Verzahnungen ein Umform-Verfahren, das ein Werkstofffluß innerhalb des die Wellen bildenden Werkstoffes bewirkt, hergestellt werden. In vorteilhafter Weise kann es sich dabei um ein Kaltumform-Verfahren handeln. Für manche Anwendungsfälle kann es jedoch auch zweckmäßig sein, wenn die Umformung im warmen Zustand des die Wellen bildenden Stahls erfolgt.
Ein Kaltformen der Verzahnungen hat den Vorteil, dass sehr enge Toleranzen eingehal- ten werden können. Besonders zweckmäßig kann es auch sein, wenn zur Herstellung der Verzahnungen zunächst warm vorgearbeitet wird, also eine Warmumformung zunächst stattfindet und das so gebildete Profil dann kalt nachgeformt wird, also praktisch ein Maßprägen erfolgt.
Das letzte Verfahren eignet sich insbesondere bei Verwendung von Werkstoffen für die Wellen, die eine sehr hohe Festigkeit aufweisen.
Als Umformverfahren eignen sich in besonders vorteilhafter Weise Walzverfahren bzw. Rollierverfahren.
Das Einrollieren bzw. Einwalzen der Profilierungen für die Verzahnungen, beispielsweise die Verzahnung 16, kann dabei in mehreren Schritten erfolgen.
Die Herstellung der Verzahnungen mittels eines Umform-Verfahrens hat den Vorteil, dass der Fußkreisdurchmesser e der Wellenverzahnung 16 kleiner sein kann als der Kopfkreisdurchmesser e der Innenverzahnung 14 bzw. der Außendurchmesser des Zentrierbereiches 21. Dies hat den Vorteil, dass der Zentrierbereich 21 nach Bildung der Wellenaußenverzahnungen 16 auf das gewünschte Maß gebracht werden kann, z. B. durch Schleifen.
Falls erforderlich können auch die den Kopfkreisdurchmesser begrenzenden Bereiche der zunächst nur durch Materialumformung gebildeten Verzahnungen wie Verzahnung 16spanabhebend, z. B. durch Schleifen, nachgearbeitet werden.