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Übersetzungsgetriebe, insbesondere für Nabendynamomaschinen
Die Erfindung hat ein Übersetzungsgetriebe, insbesondere für Nabendynamomaschinen, zum Gegenstand, das mit mehreren zwischen dem treibenden und dem getriebenen Teil ein geschalteten, nach Art von Axialdruckkugellagern gebildeten Getriebestufen ausgestattet ist, deren axialer Reibungsdruck in Abhängigkeit vom Widerstandsmoment des getriebenen Teiles durch eine die Getriebeteile unter axialem Druck setzende Schraubverbindung aufgebracht wird. Bei diesen bekannten Übersetzungsgetrieben stützen sich die Teile der Schraubverbindung zum Teil an den Getriebelagern bzw. an dem Getriebegehäuse ab, wodurch unnötige Reibungsverluste entstehen und der Bau von besonderen Achsdrucklagern erforderlich wird.
Diesen bekannten Getrieben gegenüber liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, die Getriebestu'fen zu einer druckschlüssigen Einheit zusammenzuschliessen, die frei von axialen Lagerdrücken mit geringstem Reibungsverlust umläuft.
Dieser Gedanke wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die in Abhängigkeit vom getriebenen Teil, z. B. dem Dynamoanker, gestellten, ineinandergreifenden Gewindeträger der Schraubverbindung an den Getriebegliedern der ersten und letzten Getriebestufe in einander entgegengesetzten Druckrichtungen angreifen und ihre Spanndrücke auf die Getriebeglieder aller dazwischenliegenden Getriebestufen im einander entgegenwirkenden Sinne übertragen, derart, dass alle Getriebeglieder zusammen mit den beiden Gewindeträgern eine in sich geschlossene Einheit bilden, die frei von axialen Lagerdrücken umläuft.
Eine derartige Anordnung der beiden Gewindeträger der Schraubverbindung ist insbesondere bei jenen Getrieben von Vorteil, bei denen es sich um die Erzielung hoher Geschwindigkeiten bei geringen Drehmomenten handelt und bei denen das Übersetzungsverhältnis gleich bleibt, obgleich das Drehmoment des treibenden Teiles starken Schwankungen unterworfen ist, wie dies insbesondere bei Nabendynamomaschinen der Fahrräder zutrifft. An Stelle eines Schraubengewindes können auch schraubenförmig verlaufende Druckflächen an den Kugellagerkäfigen vorgesehen sein, welche die axiale Druckbeaufschlagung der Kugeln in einander entgegengesetzten Richtungen bewirken. Derartige Kugelkäfige werden von dem Aussen-oder Innenring der im Übersetzungs- sinne vorne liegenden Getriebestufe oder von dem Ein-und Ausschaltorgan des Getriebes getragen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann den beiden Gewindeträgern der Schraubverbindung eine Feder zugeordnet sein, welche mit den Getriebegliedern in kraftschlüssiger Verbindung steht und sie in ihrer Wirkung unterstützt. Diese Feder hat den Zweck, den toten Gang der beiden Gewindeträger auszuschalten und die Getriebeglieder aller Getriebestufen in steter Druckfühlung zu halten.
In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in zwei beispielsweisen Ausführungsformen im Längsschnitt durch die Radnabe schematisch dargestellt. Die Fig. 3 zeigt einen Wälzkörperkranz mit dem Führungskäfig in schematischer Darstellung.
Das in der Fig. 1 der Zeichnung veranschaulichte Ausführungsbeispiel eines Übersetzungsgetriebes besteht aus zwei Getriebestufen, deren Wälzkörperkränze um eine feststehende Achse 1 umlaufen und durch die Nabe 2 eines Antriebsrades 2a angetrieben werden. In der Nabe 2 sitzt eine Hülse 3 fest, die mit den äusseren Laufflächen 4 und 5 für die Wälzkörperkränze 6 und 7 ausgestattet ist. Die innere Lauffläche 8 für den Wälzkörperkranz 6 der ersten Getriebestufe ist an einem Laufring 9 vorgesehen, der gleichzeitig auch als Käfig 10 für die Wälzkörper 7 der zweiten Getriebestufe ausgebildet ist. Diese Getriebestufe besitzt einen die Lauffläche 11 für die Wälzkörper 7 aufweisenden Laufring 12, der mit einem Gewinde 13 auf eine dem getriebenen Teil 14 als Nabe dienende Lagerhülse 15 aufgeschraubt ist.
Die Lagerhülse 15 trägt an ihrem einen Ende noch den inneren Laufring 16 eines Kugellagers 17, an dem sich der Innenring 9 der ersten Getriebestufe abstützt. Die Wälzkörperlager 6, 7 beider Getriebestufen sind als Axialdrucklager ausgebildet und demgemäss mit schräggestellten, gegeneinander gerichteten Laufflächen versehen. Die schrägen Laufflächen 4 und 8 des einen Wälzlagers 6 und die Laufflächen 5, 11 des anderen Wälzlagers 7, die den ersteren entgegengesetzt geneigt sind, werden durch die miteinander verschraubten Teile 12 und 13 gegen die Wälzkörperkränze 6 und 7 unter Druck gesetzt. Der verschraubbare Laufring 12 kann gegebenenfalls unter den Druck einer sich am getriebenen Teil 14 abstützende Feder gesetzt
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werden, wodurch ein gewisser Anfangsanpress- druck in den Getriebestufen aufrechterhalten wird.
Der Wälzkörperkäfig 18 der ersten Ge- triebestufe ist auf der feststehenden Achse 1 befestigt und durch einen Keil gegen Drehung ge- sichert, wogegen der äussere Laufring 3 beider
Getriebestufen durch die Nabe 2 des Antriebs- rades 2 a in Drehung versetzt wird. Der Lauf- ring 3 überträgt seine Drehbewegung mittels der Wälzkörper 6 in beschleunigtem Sinne auf den inneren Laufring 9 des Wälzkörperlagers, der seinerseits diese Drehbewegung dem Wälzkörperkranz 7 der zweiten Getriebestufe mittels des
Käfigs 10 mitteilt. Die dadurch umlaufenden
Wälzkugeln 7 erhalten nun durch das Abrollen an der im entgegengesetzten Sinne umlaufenden
Lauffläche 5 eine erhöhte Umlaufgeschwindigkeit und treiben dadurch den Innenring 12 samt dem getriebenen Teil 14, z.
B. ein Zahnrad, im Ge- samtübersetzungsverhältnis des Übersetzungsgetriebes an. Der getriebene Teil 14 bringt nun ein gewisses Widerstandsmoment auf, das sich in einer dem Drehsinn des Innenringes 12 der jeweils letzten Getriebestufe entgegengesetzten Richtung auswirkt. Der Verlauf und der Grad der Steigung des Gewindes ist nun so gewählt, dass der getriebene Teil 14 infolge seines Widerstandsmomentes bei Beginn der Drehung des Getriebes den Innenring 12 der letzten Getriebestufe gegen seinen Wälzkörperkranz 7 schraubt.
Da sich diese Schraubbewegung gleichzeitig jedoch in entgegengesetzter Richtung auch auf den mit der Lagerhülse 15 in axialer Richtung druckschlüssig verbundenen Innenring 9 der ersten Getriebestufe überträgt, werden die Laufflächen beider Getriebestufen im Ausmasse des gegebenen Widerstandsmomentes des getriebenen Teiles und der Antriebskraft des treibenden Teiles an die Wälzkörperkränze 6, 7 angepresst. Auf diese Weise wird ein einwandfreier, den gegebenen Übersetzungsverhältnissen entsprechender Reibungsdruck in den einzelnen Getriebestufen erzielt, der vollständig unabhängig vom Belastungsdruck der Radachse aufgebracht wird.
Die Anwendungsmöglichkeiten der in axialer Richtung druckübertragenden schiefen Rollbahn für die Wälzkörper sind mannigfaltig. Ein Ausführungsbeispiel eines mit drei Getriebestufen ausgestatteten Übersetzungsgetriebes für Nabendynamomaschinen ist in Fig. 2 der Zeichnung in Längsschnitt veranschaulicht.
In der Radnabe 2 sitzt die in diesem Falle drei Laufflächen 4, 5 und 19 aufweisende Hülse 3 fest.
Die Wälzkörperkränze 6 und 7 werden durch die Innenringe 9 und 12 unter Druck gesetzt, die miteinander durch das Gewinde 13 und die Lagerhülse 15 in druckschlüssiger Verbindung stehen.
Der Käfig 18 des Wälzkörperkranzes 6 ist auf dem einen (1 b) von den beiden die Radachse bildenden Achsstummeln 1 a, 1 b mittels eines Kugelkranzes 20 frei drehbar gelagert und als Innenring 21 für einen als erste Getriebestufe dienenden Wälzkörperkranz 22 ausgebildet. In diesen Wälzkörperkranz greift ein Käfigring 23 ein, der auf dem Radachsenstummel 1 b lose drehbar sitzt und in besonders vorteilhafter Weise durch eine mit einem Schalthebel 24 versehene, am Achsstummel 1 b sitzende Schraubenmutter 25 festklemmbar ist. Dieser Käfigring 23 besitzt, wie die Fig. 3 der Zeichnung zeigt, für jede Kugel bzw. für jeden Wälzkörper des Wälzkörperkranzes 22 einen im Winkel zur Drehrichtung gestellten Führungszahn 26.
Damit in diesem Falle keine axial einseitige Belastung des Getriebes eintritt, sind die Führungszähne 26 des Käfigringes 23, wie die Fig. 3 der Zeichnung zeigt, abwechselnd nach rechts und nach links gerichtet, so dass der Käfigring 23 eine Anzahl von Kugeln von rechts und eine gleich grosse Anzahl Kugeln von links druckbeaufschlagt, wenn er auf dem Radachsenstummel 1 b mittels des Schalthebels 24 festgeklemmt wird. Es werden hiemit die durch den äusseren Laufring 3 in Drehung versetzten Wälzkörper 22 in der ersten Getriebestufe infolge der schrägen Käfigzähne 26 in axialer Richtung gegen die Laufflächen gedrückt und so unter dem erforderlichen Reibungsdruck im Umlauf gebracht. Der sich ergebende beschleunigte Umlauf des inneren Laufringes 21 wird mittels des Käfigs 18 auf die zweite Getriebestufe übertragen.
Die Übertragung der Drehbewegung von der zweiten auf die dritte Getriebestufe und von dieser schliesslich auf den getriebenen Teil 14, den Dynamoanker, erfolgt in der bereits beim ersten Ausführungsbeispiel erläuterten Weise.
Die Ausschaltung des Getriebes, d. h. das Still- setzen des Dynamoankers, erfolgt durch Lüften der Schraube 24, 25, so dass der Käfigring 23 frei umlaufen kann.
Da für eine grosse Übersetzung möglichst kleine Innenlaufringe notwendig sind, sind anstatt der Achse Achsstummeln vorgesehen, die mit einer Stahlseele verbunden werden.
Die Radnabe 2 stützt sich auf der Dynamoseite mittels eines Kugellagers 28 am zweiten Achsstummel 1 a ab. Beide in der Radgabel zu befestigende Achsstummeln 1 a und 1 b sind durch eine z. B. aus einem Stahldraht bestehende Seele 29 miteinander verbunden, die die zentrische Bohrung der beiden Achsstummeln durchsetzt und an beiden Enden durch einen Kopf 30 und eine Mutter 31 gesichert ist.
Es ist auch ohne weiteres möglich, zwischen den in Fig. 1 dargestellten beiden Getriebestufen eine oder mehrere, gemäss der ersten Getriebestufe der zweiten Ausführungsform ausgebildete Getriebestufen einzuschalten. In diesem Falle ist es vorteilhaft, die axiale Druckbeaufschlagung der Wälzkörper nur einseitig aufzubringen, damit sich der in axialer Richtung wirkende Druck auch auf die nächsten Getriebestufen fortpflanzen kann.
Der Käfigring besitzt zu diesem Zweck Zähne mit nur nach einer Richtung schräg zur Drehrichtung verlaufenden Druckflächen, die die Wälzkörper unter einseitigem axialen Druck in ihre Laufflächen drücken.
Es kann auch der Käfig für einen Wälzkörperkranz aus zwei schraubengangförmig ineinander-
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greifenden Ringen gebildet sein, von denen der eine die schraubengangförmigen oder keilförmigen Druckflächen besitzt, der andere hingegen die Wälzkörper mit Spiel umgibt und mit dem einen Laufring der vorgeschalteten Getriebestufe zwangläufig verbunden ist. Durch Relativerdrehung der beiden Ringe wird der erforderliche Reibungsdruck im Ausmass des gegebenen Übersetzungsverhältnisses aufgebracht.
Der grosse Vorzug dieses Übersetzungsgetriebes liegt nicht zuletzt im einfachen, sich insbesondere für die Serienfabrikation eignenden Aufbau, in der Ausschaltung aller empfindlicher Teile und in der denkbar einfachen Ein-und Ausschaltung.
Das Übersetzungsgetriebe kann nicht nur für Nabendynamomaschinen Anwendung finden, sondern überall dort mit Vorteil eingebaut werden, wo es sich um die Erzielung hoher Geschwindigkeiten bei niedrigen Drehmomenten handelt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Übersetzungsgetriebe, insbesondere für Nabendynamomaschinen, mit mehreren zwischen dem treibenden und dem getriebenen Teil eingeschalteten, nach Art von Axialdruckkugellagern gebildeten Getriebestufen, deren axialer Reibungsdruck in Abhängigkeit vom Widerstandsmoment des getriebenen Teiles durch eine die Getriebeteile unter axialem Druck setzende Schraubverbindung aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die in Abhängigkeit vom getriebenen Teil,
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der Schraubverbindung an den Getriebegliedern der ersten und letzten Getriebestufe in einander entgegengesetzten Druckrichtungen angreifen und ihre Spanndrücke auf die Getriebeglieder aller dazwischenliegenden Getriebestufen im einander entgegenwirkenden Sinne übertragen, derart, dass alle Getriebeglieder zusammen mit den beiden Gewindeträgern eine in sich kraftschlüssige Einheit bilden,
die frei von axialen Lagerdrücken umläuft.