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Getriebe mit veränderlichem übersetzungsverhältnis Die Erfindung betrifft
ein Getriebe zur gleichförmigen Kraftübertragung mit einstellbar veränderlichemübersetzungsverhältnis
zwischen einertreibenden und einer getriebenen Welle, bei dem die Kraftübertragung
fonnschlüssig erfolgt.
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Stufenlose mechanische übersetzungswechselgetriebe benutzen als übertragungskraft
meist die Reibung zwischen zwei oder mehreren umlaufenden Teilen. Um ausreichende
Reibungskräfte zu erzeugen, muß man hohe Anpreßkräfte anwenden; diese beanspruchen
die Getriebebauteile hoch und machen sie schwer und teuer.
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Das Ändern der Übersetzung solcher Reibungsgetriebe erfolgt meist
durch Ändern der Wälzkreisradien der reibschlüssig kraftübertragenden Bauteile.
Die Übersetzung entspricht dem Verhältnis der genannten Radien. Bei einer Übersetzung
ins Langsame hat diejenige Stelle, an welcher die Reibkraftübertragung zwischen
einem antriebsseitigen und einem abtriebsseitigen Getriebebauteil stattfindet, von
der geometrischen Achse der Drehbewegung antriebsseitig einen kleinen und abtriebsseitig
einen großen Abstand. Ein Stillstand der Abtriebswelle bei laufender Antriebswelle
ist nicht ohne weiteres möglich, weil der antriebsseitige Laufkreisradius zu Null
werden müßte.
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Es ist ferner ein Reibungsgetriebe bekannt, bei dem eine Taumelscheibe
mit axial verschiebbarem Taumelgelenk durch eine Druckrolle in Taumelbewegung versetzt
wird. Die Druckrolle ist in einem mit der treibenden Welle umlaufenden Steg gelagert
und rollt an der Taumelscheibe, wobei sie diese an eine zur Getriebeachse senkrechte,
undrehbare ebene Laufbahn preßt. Die Umfangskomponente der in veränderlicher Schräglage
stattfindenden Taumelbewegung der Taumelscheibe wird mittels einer winkelbeweglichen
Kupplung auf die getriebene Welle übertragen. Dieses Getriebe gestattet zwar, die
Drehzahl der Abtriebswelle bis Null einzustellen, aber die bei Reibungsgetrieben
allgemein auftretenden Nachteile sind auch hier vorhanden; denn die erforderliche
Anpreßkraft ist ein Vielfaches der zu übertragenden Umfangskraft, so daß das Getriebe
dementsprechend bemessen werden muß und infolgedessen schwer und teuer wird. Außerdem
wirkt sich die durch die umlaufende Taumelscheibe erzeugte Unwucht namentlich bei
höheren Drehzahlen nachteilig aus.
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Weiterhin sind Getriebe mit stufenlos einstellbarer Übersetzung bekannt,
bei denen die Kraftübertragung forinschlüssig erfolgt, indem sich in Paketen von
längsverschieblichen Lamellen beim Eingriff in verzahnte Scheiben jeweils eine entsprechende
Verzahnung bildet. Eine bekannte Ausführung dieser Art ist das sogenannte P.I.V.-Getriebe,
bei dem die Lamellen paketweise in Käfigen einer Gliederkette angeordnet sind. Dieses
Getriebe gestattet eine übersetzungsänderung nur in einem durch die anwendbaren
Radien begrenzten Bereich. Je größer bei diesen Getrieben das übersetzungsverhältnis
wird, desto kleiner muß der Antriebsradius werden. Wenn dieser jedoch klein ist,
so sind dort nur wenige Lamellen im Eingriff, und die Belastbarkeit ist entsprechend
klein.
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Es sind ferner stufenlos einstellbare Getriebe mit Lamellen bekannt,
bei denen die Lamellen in einem geschlossenen Lamellenpaketring angeordnet sind,
wobei die einzelnen auf beiden Seiten eines ringförmigen Käfigs etwas vorstehenden,
im übrigen unmittelbar aufeinanderliegenden und sich so gegenseitig stützenden Lamellen
entweder in ihrer Mitte im Ringkäfig gelagert und nach beiden Arbeitsseiten hin
in sich federnd ausgebildet oder querverschiebbar im Ringkäfig angeordnet sind.
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Solche Lamellenringe arbeiten mit Zahnrädern so zusammen, daß einzelne
Lamellengruppen von den Zahnköpfen eines Rades in die Zahnlücken eines anderen Zahnrades
geschoben werden und sich dadurch eine Verzahnung bildet. Die Übersetzung wird durch
radiale Relativverschiebung der Getriebewellen oder eines Zwischenrades geändert.
In ungünstigen Einstellungen werden die Bauteile hochbeansprucht, wenn sie nicht
sehr groß bemessen werden. Diese Getriebe haben weiter den Nachteit daß die Umfangskraft
am Lainellenring durch Reibung auf zentrierende Führungsringe übertragen wird. Der
Vorteil
der formschlüssigen Kraftübertragung zwischen Lamellen und
Zähnen wird durch die Reibungsübertragung an den Führungsringen teilweise aufgehoben.
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Bei einem anderen Getriebe dieser Art ist der Reibschluß zwischen
den Lamellen und den Führungsringen dadurch vermieden, daß die Führungsringe durch
r ' adiale Stege miteinander verbunden sind. Die exzentrische Beweglichkeit
der Führungsringe bewirkt, daß die Lamellen durch die Umfangskräfte ungleichmäßig
eingeklemmt werden. Weiter ist nachteilig, daß die Querstege den Lamellenring unterbrechen,
so daß an jedem Quersteg in der Kraftübertragung ein Stoß entsteht.
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Bei keinem der bekannten fonnschlüssigen Getriebe mit Lamellen kann
die Abtriebsdrehzahl bis zum Stillstand vermindert werden, Zum Erreichen der Drehzahl
Null ist jeweils ein zusätzliches Umlaufrädergetriebe anzuwenden.
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Das erfindungsgemäße Getriebe vermeidet die beschriebenen Schwierigkeiten
und Nachteile dadurch, daß eine Taumelscheibe gleichachsig zur treibenden Welle
undrehbar aufgehängt ist und ein Stützring mit der getriebenen Welle drehfest verbunden
ist, daß ferner die Taumelscheibe mittels einer Stimverzahnung mit einem im Stützring
angeordneten Kranz axial verschiebbarer Lamellen im Eingriff steht und daß der Taumelscheibe
gegenüber eine spiegelbildlich gleiche, gegenläufig verstellbare zweite Taumelscheibe
angeordnet ist, die mit einer gegenüber der Stirnverzahnung in Umfangsrichtung um
eine halbe Zahnteilung versetzten Stirnverzahnung ebenfalls mit dem Lamellenkranz
im Eingriff steht, wobei die beiden Taumelscheiben durch zwei in Getriebeachsrichtung
hintereinanderliegende Druckrollen im Eingriff mit dem Lamellenkranz gehalten sind.
Die Schräglage der verzahnten Taumelscheiben wird durch zwei in festem Abstand voneinander
gelagerte Druckrollen und den veränderlichen Abstand der Mittelpunkte zweler winkelbeweglicher,
in axialer Richtung gegensinnig symmetrisch verschiebbarer Kupplungen erzeugt. Auf
diese Weise werden die Umfangskräfte nicht durch Reibung, sondern formschlüssig
übertragen und gleichzeitig ein Verstellbereich des Getriebes bis zum Stillstand
der Abtriebswelle erreicht.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beschrieben, die eine beispielsweise
Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes schematisch im Schnitt darstellt.
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Die Antriebswelle a setzt ein Gehäuse c über Zahnräder b
1, b Z, b 3, b 4 in Umlauf. Das Gehäuse ist an seinen beiden
Enden auf Rollen d gelagert, die auf ihren Achsen lose drehbar sind. In dem
Gehäuse c sind zwei Druckrollen e, E auf radialen Achsen drehbar so
gelagert, daß sie in Getriebeachsrichtung hintereinanderliegen und an einer Stelle
ihres Umfanges zwei Taumelscheiben f, F gegen einen Lamellenring
g drücken. Dieser Lamellenring g
setzt sich aus Einzellamellen gl zusammen,
die mit den Taumelscheibenverzahnungen f 1, F 1 in be-
i kannter Weise kämmen und formschlüssig Kraft übertragen. Die Lamellen werden dabei
von dem Zahn der einen Taumelscheibe in die Zahnlücke der anderen Taumelscheibe
hineingeschoben. Durch eine Scheibe g 2 mit der Nabe g 3 ist
der Lamellenring g
mit der Abtriebswelle h verbunden. Diese ist an den Stellen
h 1, h 2 und h 3 in Lagerböcken i und k gelagert,
welche an einem stillstehenden Getriebegehäuse 1 angeflanscht sind. Der antriebsseitige
Lagerbock k dient außerdem zur Lagerung der Vorgelege b 1, b
2, b 3 und der Antriebswelle a an den Stellen a 1 und a
2. Im abtriebsseitigen Lagerbock i sind auf Bolzen die Stützrollen d des
Umlaufgehäuses c drehbar gelagert.
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Die Lagerböcke i und k dienen außerdem zur Lagerung zweier
winkelbeweglicher Kupplungen m, durch welche die Taumelscheiben F,
f mit dem stillstehenden Getriebegehäuse 1 verbunden sind. Diese
beiden winkelbeweglichen Kupplungen m sind jeweils mittels Führungsstangen
p in den Lagerböcken 1 bzw. k axial verschiebbar und ermöglichen
dadurch eine Änderung der Schräglage der Taumelscheiben F, f.
Die Bohrungen
der Führungsstangen p sind im Lagerbock k auf der Antriebsseite zwischen
den Bohrungen für die Welle des Zahnradvorgeleges b2,
b 3 bzw.
die Achsen der Stützrollen d und im Lagerbock i auf der Abtriebsseite des
Getriebes ebenfalls zwischen den Bohrungen für die Achsen der Stützrollen
d angeordnet. Die FUrangsstangen p der Kupplungen m sind jeweils durch
eine Ringplatte n verbunden, die einen Zapfen q trägt, an welchem ein Stellzeug
angreift. Dieses Stellzeug besteht beispielsweise aus den Teilen r 1,
r 2, r 3 und r 4 sowie einem Einstellritzel s und verbindet die
beiden winkelbeweglichen Kupplungen m, um sie gemeinsam und symmetrisch in Getriebeachsrichtung
zu verschieben, Die Verschiebung der Kupplungen m kann auch auf andere Weise erfolgen,
z. B. durch Gewindespindeln, deren Muttern über Zahnräder und Wellen miteinander
gekuppelt sind, durch Zahnstangen, mit Ritzeln usw. Die Verstellung muß so erfolgen,
daß die Verschiebung der Kupplungen m auf beiden Seiten gleich ist. Das wird im
gezeichneten Fall durch symmetrische Ausbildung des Stellzeugs rl bis r4 erreicht.
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Als Gelenke m für die Taumelscheiben F, f können beliebige
bekannte winkelbewegliche Kupplungen verwendet werden, Bei der gezeigten Ausführungsfonn
sind beispielsweise Kreuzgelenke vorgesehen. Das Kreuzgelenk besteht aus drei konzentrischen
Ringen und dem zylindrischen Ansatz der Taumelscheibe F bzw. f, die durch drei nicht
näher bezeichnete Zapfenpaare, miteinander verbunden sind. Die mit dem umlaufenden
Gehäuse c rotierenden einseitigen Massen des Druckrollenpaares E,
e sowie die veränderliche Stellung der Taumelscheibenschwerpunkte werden dadurch
ausgeglichen, daß am Gehäuse c auf der die Druckrollen E, e
tragenden Hälfte entweder Erleichterungsöffnungen hat oder aber auf der den Druckrollen
E, e gegenüberliegenden Seite ein Gegengewicht t angebracht ist. Hierdurch ist ein
Massenausgleich der rotierenden Teile möglich.
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Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Getriebes ist folgende: Vor
der Antriebswelle a wird das Gehäuse c in Drehung versetzt, während die Druckrollen
E, e auf der Rückseite der verzahnten Laufflächen der Taumelscheiben
entlangrollen. Das TaumeIscheibenpaar F, f wälzt sich daher in stets
symmetrischer Stellung auf den Seitenflächen des Lamellenringes g
ab. An der
Eingriffsstelle des Lamellenringes bilden die Lamellen gl eine Verzahnung entsprechend
der Verzahnung der Taumelscheiben, so daß die Taumelscheiben F, f
über den Lamellenring g miteinander im Eingriff stehen.
Bei
der Taumelbewegung beschreibt jeder Punkt der beiden Taumelscheibenzahnkränze eine
lernniskatenartige Bewegung, die stellenweise in Umfangsrichtung verläuft, und zwar
an den Stellen, an welchen die. Taumelscheiben mit dem Lamellenring im Eingriff
stehen. Durch die umlaufenden Druckrollen e, E werden nacheinander
benachbarte Punkte der Taumelscheibenzahnkränze zu dieser Bewegung veranlaßt, und
die Bewegung wird über die Verzahnungen der Taumelscheiben auf den mit der Abtriebswelle
h verbundenen Lamellenring g übertragen. Die Größe der Umfangskomponente
der Taumelscheiben auf den mit der Abtriebswelle h verbundenen Lamellenring
g übertragen. Die Größe der Umfangkomponente der Taumelscheibenbewegung ist
abhängig von der Amphtude der Taumelbewegung, d. h. von der Schrägstellung
der Taumelscheiben. Stehen die Taumelscheibenzahnkränze zur Getriebeachse senkrecht,
so ist die Schrägstellung, damit die Taumelbewegung und selbstverständlich auch
die Umfangskomponente der Taumelbewegung Null, die Abtriebswelle steht still. Die
Bewegungsübertragung erfolgt, obgleich die Taumelscheiben undrehbar aufgehängt sind,
etwa nach Art eines Abwälzens der Taumelscheiben am Lamellenring. Die jeweils eingestellte
übersetzung ist i = DID' - 1,
wenn man mit D den durch Ändern
der Taumelscheibenschrägstellung einstellbar veränderlichen Wälzkreisdurchmesser
der Taumelscheiben und mit D' den mittlerenWälzkreisdurchmesser am Lamellenring
bezeichnet. In der Zeichnung sind beispielsweise drei verschiedene Einstellungen
der rechts gelegenen Taumelscheibe mit 1, 2, 3 benannt. Die Stellungl
ist voll ausgezogen gezeichnet, die Stellung 2 punktiert und die Stellung3 gestrichelt.
In der Stellung2 liegt der Taumelscheibenzahnkranz senkrecht zur Getriebeachse,
die »Wälzkreise« sind an denTaumelscheiben und am Lamellenring gleich, die Verzahnungen
wirken wie eine forinschlüssige Kupplung.
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Da die Taumelscheibe mittels der winkelbeweglichen Kupplungen m am
Getriebegehäuse 1 befestigt und somit undrehbar sind, steht auch die Abtriebswelle
h still. Werden die Gelenkkupplungen m mittels des Stellzeugs s, r, n,
p beiderseits gleichmäßig auseinandergefahren, so stellen sich die Taumelscheiben
schräg, z. B. in die gezeichnete Stellung 1,
wodurch Punkte der Taumelscheibenzahnkränze,
die auf einem größeren als dem dem Lamellenkranz g
entsprechenden Wälzkreis
liegen, mit den Lamellen in Eingriff gelangen. Durch weiteres Auseinanderfahren
der Gelenkkupplungen m gelangen die Taumülscheiben schließlich in die Stellung
3. Diese entspricht der Grenzeinstellung des Getriebes. Die Schräglage der
Taumelscheiben und die Wälzkreisdurchmesser der Taumelscheibenzahnkränze an der
Eingriffsstelle mit dem Lamellenring sind maximal. In dieser Stellung ist die Amplitude
der Taumelbewegang der Scheiben f, F, damit auch die Umfangskomponente der
Taumelbewegung und die ihr entsprechende Drehbewegung der Abtriebswelle h am größten.