Reibungsgetriebe mit Kugeln. Gegenstand der Erfindung ist ein Rei bungsgetriebe, bei dem auf mindestens zwei Wälzbahnen abrollende Kugeln die Kraft Übertragung von einer treibenden auf eine getriebene Welle bewirken und das Über setzungsverhältnis des Getriebes durch den Winkel zwischen der Eigendrehachse der Kugeln und der Hauptdrehachse des Getrie bes bestimmt ist.
Gemäss vorliegender Erfin dung erfolgt nun die Festlegung dieses Win kels durch Hilfsrollkörper, von denen jeder gegen zwei benachbarte Kugeln mit solcher Stärke angedrückt wird, dass ein Gleiten zwi- sehen Kugeln und Hilfsrollkörper bei der Kraftübertragung verunmöglicht ist und die Kugeln in ihren Berührungspunkten mit den Hilfsrollkörpern durch Reibungskräfte ge zwungen werden, der Bewegung der Hilfsroll- körper zu folgen.
Ein solches Getriebe bietet den Vorteil, dass es bei Verwendbarkeit von Handelskugeln für verschiedene Über setzungsverhältnisse mit gleichem Grundbau ausgeführt werden kann, indem zur Anpas sung an das jeweils gewünschte Über- setzungsverhältnis nur eine Änderung der Lage der Drehachse der Hilfsrollkörper erforderlich ist.
Diese eben genannte Mög- gleichkeit zur Bestimmung des Über setzungsverhältnisses erweist sich als be sonders vorteilhaft bei der Verwendung des Getriebes als Wechselgetriebe, indem durch sehr leicht vollziehbares, die Kraftübertra gung in keiner Weise störendes Schwenken der Drehachse der Hilfsrollkörper das Über setzungsverhältnis während des Ganges be quem verstellt werden kann, ohne dass die Übertragungskörper aus ihrer gegenseitigen Lage gebracht oder Aufpressungskräfte mit überwunden werden müssen. Auch kann das Übersetzungsverhältnis innerhalb eines gro ssen Bereiches verstellt werden. Da die Kugeln bei Verstellung des Übersetzungsver hältnisses immer um neue Achsen drehen, ergibt sich auch der Vorteil gleichmässig ver teilter Abnützung auf der Kugeloberfläche.
Es ist allerdings bei Reibkugelgetrieben für festes Übersetzungsverhältnis, bei denen die Kugeln zwischen einem treibenden, einem getriebenen und einem feststehenden Lauf ring angeordnet sind, bereits bekannt, Hilfs- rollkörper vorzusehen. Bei diesen Reibkugel getrieben haben jedoch die Hilfsrollkörper lediglich als Mitnehmer zu wirken, und es ist infolgedessen zwischen Kugeln und Hilfsrollkörper keine andere Druckkraft vor gesehen, als die einseitig wirkende Kraft, die auf die anzutreibende Welle zu übertragen ist. Dementsprechend ist zwischen Kugeln und Hilfsrollkörper jeweils auf der in der Bewegungsrichtung nachfolgenden Seite je der Kugel nur lose Berührung oder ein Zwi schenraum vorhanden.
Getriebe dieser Art können aber nur einwandfrei laufen, wenn die drei Berührungspunkte der Kugel, das heisst ihre Berührungspunkte mit dem treibenden und feststehenden Laufring, sowie der mit einem Hilfsrollkörper, in derselben Kugel querschnittsebene liegen, und wenn ausserdem die Eigendrehachse der Kugel senkrecht zu dieser Querschnittsebene steht.
Ist obige Be dingung der Lage der Berührungspunkte nicht erfüllt, das heisst projiziert sich der Be rührungspunkt des Hilfsrollkörpers in der Kraftübertragungsrichtung in einem gewis sen Abstand ausserhalb der Linie, welche die zwei Berührungspunkte der betreffenden Kugel mit den Wälzbahnen verbindet, so bil det die im Berührungspunkt zwischen Kugel und Hilfsrollkörper angreifende Übertra gungskraft mit diesem Abstand als Hebelarm ein Moment, das bestrebt ist, die Kugel so zu drehen, dass sie der Arbeitsleistung aus weicht.
Während man bei den bis jetzt be kannt gewordenen Reibkugelgetrieben mit Hilfsrollkörper zur Verhinderung einer aus weichenden Drehung der Kugeln an eine be stimmte Anordnung der Berührungspunkte gebunden ist, bei welcher obgenannter Hebel arm nicht vorhanden ist, ist ein solcher und das damit verbundene Moment bei dem Ge triebe nach vorliegender Erfindung völlig un schädlich, und es kann die Anordnung der Berührungspunkte zwischen Kugeln und Wälzbahnen frei gewählt werden. Dabei wer den aber die Kugeln und Hilfsrollkörper nach beiden.
Richtungen so fest aufeinander ge- presst, dass jenes Moment die Kugeln nicht von sich aus zu drehen vermag, indem der Reibungswiderstand zwischen beiden Körpern dieser Drehung entgegenwirkt und ausserdem die Kugeln so führt, dass sie nur der Bewe- gung,der Hilfsrollkörper in bestimmter Weise folgen, das heisst nur um eine bestimmte Eigen drehachse sich drehen können. Dabei kann aber diese Eigendrehachse in einer durch die Achse des Getriebes und den Mittelpunkt der Kugel gehenden Ebene verschieden ge richtet sein, nur ist deren Richtung immer von der Einstellung der Eigendrehachse der Hilfsrollkörper abhängig.
Es fällt somit den Hilfsrollkörpern bei dem Reibungsgetriebe nach der Erfindung eine andere Aufgabe zu, als bei den erläuterten Reibkugelgetrieben be kannter Bauart, welche Getriebe nur durch Auswechseln gewisser Teile Änderungen des Übersetzungsverhältnisses zulassen, während letzteres beim neuen Getriebe beliebig ge wählt werden kann, ohne dass Getriebeele mente auszuwechseln sind.
Auf den beiliegenden Zeichnungen sind Ausführungen des Erfindungsgegenstandes beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigen: Fig. 1 und 2 schematisch einen Achsial schnitt bezw. eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform, die gleichzeitig zur Er läuterung der Grundlage dient, auf die sich die Erfindung stützt; Fig. 3 zeigt den gleichen Achsialschnitt wie Fig. 1, jedoch mit andern Drehachsen für die Kugeln und Hilfsrollkörper; Fig. 4a und 4a zeigen zwei weitere Aus bildungen der Hilfsrollkörper; Fig. 5 zeigt in einem mehr konstruktiv gehaltenen Achsialschnitt eine Ausführungs form des Reibungsgetriebes für veränderliche Übersetzungsverhältnisse, während Fig. 6 und 7 schematisch weitere Ausbil dungen von Einzelheiten zeigen;
Fig. 8 veranschaulicht eine Anordnung, bei welcher der getriebene Teil mit zwei Wälzbahnen versehen ist; Fig. 9 zeigt eine Ausführung mit nur zwei Wälzbahnen, und Fig. 10 zeigt schliesslich eine ähnliche Anordnung mit zwei Kugelkränzen.
In der schematischen Darstellung nach Fig. 1 und 2 bezeichnet 1 ein treibendes, 2 ein getriebenes und 3 ein nicht drehendes Element, welch letzteres mit einem nicht ge zeigten Getriebegehäuse fest verbunden sein kann. Alle drei Teile 1, 2 und 3 sind gleich achsig angeordnet und sind jeweils mit einer Wälzbahn versehen, auf welcher Kugeln 4 abrollen. Zwischen den Kugeln 4 sind Hilfs- rollkörper 5 vorgesehen, von denen jeder mit zwei benachbarten Kugeln 4 in Reibungs kontakt steht (Fig. 2).
Die in den Berüh rungspunkten zwischen Kugeln 4 und Roll- körpern 5 auf beiden Seiten der genannten Körper wirkenden Drücke müssen so gross sein, dass ein Gleiten zwischen Kugeln und Rollkörpern bei der Kraftübertragung ausge schlossen ist und alle Kugeln und Hilfsroll- körper zusammen bei der Bewegung ein ge schlossenes System bilden. Die Hilfsrollkör- per 5 sind mit einer Achsenführung versehen, die in den Fig. 1 und 2 nur durch Zapfen 6 angedeutet ist.
In Fig. 1 schneidet die Eigendrehachse h, des Hilfsrollkörpers 5 die Getriebeachse g in einem spitzen Winkel in A. Dreht sich der Hilfsrollkörper 5 um seine Eigendrehachse h, wobei er gleichzeitig die Getriebeachse g um kreist, so müssen auch die damit in Berüh rung stehenden Kugeln 4 sich so drehen, dass im Berührungspunkt die Bahnelemente von Kugel 4 und Hilfsrollkörper 5 gleich ge richtet sind. Ebenso verhält es sich mit den Bahnelementen der Bewegung in den Berüh rungspunkten der Kugel 4 mit den Teilen 1, 2 und 3.
Diese Bedingung kann aber für alle Berührungspunkte, deren Zahl für jede Ku gel mindestens vier beträgt (der Hilfsroll- körper kann unter Umständen mehrteilig ausgebildet sein), nur dann erfüllt sein, wenn alle Bahnelemente Kreisen angehören, deren Mittelpunktachse, die auf der Kreisebene senkrecht steht, durch den Punkt A geht. Alle auf der Kugel 4 liegenden Berührungs kreise, k1, k2, k3 haben dann dieselbe Mittel punktaase, die zugleich die Eigendrehachse e der Kugel 4 bildet. Die für die Teile 1, 2 und 3 in Frage kommenden Berührungskreise w1, w2, w3 haben ebenfalls eine gemeinsame Mittelpunktachse, die mit der Getriebeachse g zusammenfällt.
Denkt man sich über den einzelnen Berührungskreisen k1, k2, k3, w1, w2, w3 Kegelmäntel errichtet, deren Spitze jeweils in A liegt, so rollen die der Kugel 4 angehörenden Kegel während der betrachte ten Bewegung, das heisst während der Drehung der Hilfsrollkörper 5 um die Achsen g und h, auf den Kegeln, die den Teilen 1, 2 und 3 angehören, ab. Gibt man der Achse h des Hilfsrollkörpers 5 eine andere Neigung, so ergibt sich ein anderer Schnittpunkt zwischen ihr und der Getriebeachse g. Die Kugel 4 muss dann ebenfalls ihre Eigendrehachse e ändern.
In der Darstellung von Fig. 1 rollt die Kugel 4 mit dem durch die Mantellinie A-B angedeuteten Kegel auf dem durch die gleiche Mantellinie bestimmten Kegel des nichtdrehenden Teils 3 ab. Würden die Be rührungspunkte der Kugel 4 mit dem Teil 1 und dem Teil 2 auf der gleichen, durch A gehenden Kegelmantellinie liegen, so hätten die Teile 1 und 2 gleiche Winkelgeschwindig keit. Da jedoch die vom Teil 2 ausgehende Mantellinie A-C mit der Linie A-B den kleineren Winkel als die vom Teil 1 aus gehende Mantellinie A-D einschliesst, so ist die Winkelgeschwindigkeit des Teils 2 klei ner, als diejenige des Teils 1. Es besteht also eine Übersetzung ins Langsame, falls 1 der treibende und 2 der getriebene Teil ist.
Wäre dagegen der Winkel, den die von Teil 2 aus gehende Mantellinie A-C mit der Mantel linie A-B bildet, grösser als der Winkel, den die vom Teil 1 ausgehende Mantellinie A-D mit der Mantellinie A-B bildet, so würde es sich um eine Übersetzung ins Schnelle han deln, falls 1 der treibende und 2 der getrie bene Teil ist.
In Fig. 3 ist für die Kugel 4 eine Achse O-A1 eingezeichnet, für welche die vom ge triebenen Teil 2 ausgehende Kegelmantel- linäe C, A,. mit der vom Teil 3 (nicht dre hend) ausgehenden Kegelmantellinie BI-A1 zusammenfällt. Der Teil 2 erhält somit die gleiche Winkelgeschwindigkeit, wie der Teil 3, steht also ebenfalls still. Wird durch wei teres Schwenken der Achse h des Hilfsroll- körpers 5 die Kugeldrehachse bis zum Schnittpunkt A2 gedreht, so drehen sich die beiden Teile 1 und 2 in entgegengesetzter Richtung.
Durch Schwenken der Achse h des Hilfsrollkörpers 5 kann also die Drehzahl des getriebenen Teils 2 auf bequemste Weise weitgehend geändert werden, welche Eigen schaft das Getriebe zum Wechselgetriebe be sonders geeignet macht.
Die Hilfsrollkörper 5 können auch anders ausgebildet sein, als wie in Fig. 1 bis 3 dar gestellt ist. So können sie zum Beispiel in der in Fig. 4a gezeigten Weise so geformt sein, dass sie jede der benachbarten Kugeln 4 in mehr als einem Punkte berühren bezw. mit mehr als einer Wälzbahn auf derselben rollen. Bei dieser Ausführung werden das bei der Kraftübertragung durch die Kugeln 4 auf die Hilfsrollkörper 5 ausgeübte, durch Pfeile P angedeutete Kippmoment, sowie die Achsialdrücke durch die aufeinander wälzen den Teile 4, 5 unmittelbar aufgenommen, so dass die Achsenlagerung des Hilfsrollkörpers 5 davon entlastet ist.
Die Hilfsrollkörper können auch so aus gebildet sein, wie in Fig. 4b dargestellt ist, wo die einzelnen, die Kugeln 4 berührenden Wälzbahnen 8 des Hilfsrollkörpers 5 achsial gegeneinander verschiebbar sind und durch Feder 7 gegeneinander bezw. gegen die Kugeln 4 gepresst werden, wodurch die in den Berührungspunkten mit den Kugeln be nötigten Reibungswiderstände erzeugt wer den können.
Die Hilfsrollkörper 5 sind in einem mit gleicher Winkelgeschwindigkeit wie die Ku geln 4 umlaufenden Drehkörper 9 zu lagern, wie es in Fig. 4a dargestellt ist und wie mit Bezug auf Fig. 5 weiter unten noch näher beschrieben wird. Bei einem Getriebe mit festem Übersetzungsverhältnis kann die La gerung eine unbewegliche sein, während sie bei verstellbarem Übersetzungsverhältnis drehbar sein muss, so dass die Achse des Hilfsrollkörpers in ihrer Längsrichtung ge schwenkt werden kann.
Fig. 5 zeigt in einer mehr konstruktiv gehaltenen Darstellung die Ausbildung eines Getriebes, das verschiedene Einstellungen des Übersetzungsverhältnisses erlaubt. Es be zeichnet hier wiederum 1 den treibenden Teil des Getriebes, der von einer Antriebswelle 10 gedreht wird; 2 ist der getriebene Teil, der seine Bewegung auf die getriebene Welle 11 überträgt, und 3 ist das nicht drehende Ele ment, das durch in das Getriebegehäuse 12 ragende Ansätze 25 am Drehen verhindert wird. 4 sind die zwischen den Teilen 1, 2, 3 angeordneten und zur Kraftübertragung dienenden Kugeln. Jeder Hilfsrollkörper 5 ist hier in einem Hohlzylinder 13 gelagert, der seinerseits drehbar in einem zylindri schen Hohlraum 14 eines lose auf dem trei benden Teil 1 sitzenden Drehkörpers 15 an geordnet ist.
Die Anpressung der Teile 1, 2, 3, 4 gegeneinander erfolgt durch selbsttätig wirkende, Kugeln und Federn aufweisende Vorrichtungen 16 und 16a. Die Resultierende der von den Bahnen der Teile 1, 2, 3 auf die Kugeln 4 ausgeübten Drücke ist nach innen gerichtet und drückt daher die Kugeln 4 ge gen die zwischenliegenden Hilfsrollkörper 5, so dass für letztere keine besondere Aufpres sungsvorrichtung vorzusehen ist. Drehkörper 15, Kugeln 4 und Hilfsrollkörper 5 drehen alle mit gleicher Winkelgeschwindigkeit um die Getriebeachse. Zum Zwecke, eine Ver änderung des Übersetzungsverhältnisses zu ermöglichen, ist am einen in eine Nabe aus laufenden Ende des Gehäuses 12 ein Ge winde 17 vorgesehen, mit dem eine mittelst Handgriff 19 verstellbare Mutter 18 zusam menarbeitet.
Die achsialen Verschiebungen der Mutter 18 werden durch Stangen 20 auf eine Muffe 21 übertragen, die längsverschieb bar auf dem Drehkörper 15 gelagert ist. In eine ringförmige Ausnehmung der Muffe 21 greift Gaseine Ende von zweiarmigen Hebeln 22 ein, -die bei 23 drehbar am Drehkörper 15 gelagert und am andern Ende gelenkig mit je einer -Stange 24 verbunden sind. Jede Stange 24 ist auch gelenkig mit einem Hohl- zylinder 13 verbunden. Bei einer Verdrehung der Mutter 18 erfährt die Reguliermuffe 21 eine achsiale Verschiebung, was eine Ver drehung der Hebel 22 bedingt, wodurch auch die Hohlzylinder 13 verdreht werden. Das hat eine Verstellung der Eigendrehachse der Hilfsrollkörper 5 zur Folge und dadurch auch eine Drehung der Kugeln 4 um eine andere Eigendrehachse, wodurch das Über setzungsverhältnis geändert wird.
Die Anordnung der Teile 1, 2, 3 mit Bezug auf die Kugeln 4 kann in Abweichung von den in Fig. 1 bis 5 gezeigten Anordnun gen auch eine solche sein, wie in Fig. 6 und 7 schematisch dargestellt ist. Fig. 7 zeigt gleichzeitig auch noch eine Anordnung, bei der die Hilfsrollkörper nicht zylindrisch, sondern konisch ausgebildet sind.
Bei der in Fig. 8 dargestellten Anordnung weist der getriebene Teil zwei Wälzbahnen 2a, 2b auf, die durch ein Hebelsystem 30, 31, einen Ring 32 und Stange 33 wahlweise mit den Kugeln 4 in Berührung gebracht werden können. Diese Anordnung bietet auch bei grossem Verstellungsbereich die Möglichkeit, bei allen Übersetzungsverhältnissen Kugel- wälzkreise zu erhalten, die eine günstige Übertragung ergeben, und es kann vor allem der Punkt vermieden werden, wo die Eigen drehachse der Kugel 4 durch den Berüh rungspunkt einer Wälzbahn geht. Ge wünschtenfalls kann auch der treibende Teil 1 oder der sich nicht drehende Teil 3 mit zwei wahlweise in Tätigkeit zu setzenden Wälzbahnen versehen sein.
Bei allen bis jetzt beschriebenen Ausfüh rungen sind die Kugeln 4 jeweils zwischen einem treibenden Element 1, einem getriebe nen Element 2 und einem feststehenden Ele ment 3 angeordnet. Der Winkel zwischen der Eigendrehachse e der Kugeln 4 und der Hauptdrehachse g des Getriebes wird aber durch die Hilfsrollkörper 5 auch bereits fest gelegt, wenn die Kugeln 4 nur zwischen einem treibenden und einem getriebenen Ele ment angeordnet sind, das heisst auch im Falle, wo kein feststehendes Element 3 vor handen ist. Eine solche Ausführungsform zeigt Fig. 9, wo nur zwei Wälzbahnen vor handen sind, von denen eine dem treibenden Teil 1 und eine dem getriebenen Teil 2 an gehört. Da eine feststehende Bahn nicht vor handen ist, muss der Körper, in welchem die Hilfsrollkörper 5 gelagert sind (nicht ge zeichnet), feststehend, das heisst nichtdre hend angeordnet sein.
Es bleiben dann die Achsen der Hilfsrollkörper 5 und diejenigen der Kugeln 4 an Ort und Stelle stehen. Ein Entweichen der Kugeln 4 aus ihrer Lage ist nicht möglich, indem ein solches mit Be- Zug auf jede Kugel 4 nach innen durch die beiden anliegenden Hilfsrollkörper 5, nach aussen und achsial durch die beiden Bahnen 1 und 2 verhindert wird.
Fig. 10 zeigt ein ähnliches Beispiel, wie das beschriebene, also ohne feststehende Bahn, wobei jedoch zwei Kränze von Kugeln 4 vorhanden sind. 1 bezeichnet hier den trei benden Teil der linken Getriebehälfte und 11 denjenigen der rechten Getriebehälfte, 2 und 21 jeweils die getriebenen Teile der bei den Hälften. Jeder treibende Teil 1 bezw. 11 sitzt auf einem an der treibenden Welle 40 angebrachten Kugelgewinde 41 bezw. 42, deren Steigungen einander entgegengesetzt sind, so dass das Übertragungsmoment die beiden Teile 1 und 11 achsial gegeneinander und damit gegen die Kugeln 4 presst, auf welche Weise der für die Übertragung nötige Reibungswiderstand erzeugt wird.
Die auf den treibenden Teilen 1 und 11 liegende Hülse 43 mit Keilen 44, 45 sorgt dafür, dass die treibenden Teile beider Getriebehälften nur miteinander drehen können, damit ein ach- siales Verschieben der Welle 40 vermieden wird. Da die gezeichnete Anordnung der Wälzbahnen der Teile 1 und 2 bezw. 11 und 21 ein Entweichen der Kugeln 4 nicht ver hindern kann, ist zwischen beiden Kugel kränzen ein Hilfsring 46 angeordnet, der die Führung der Kugeln 4, sowie die Abstützung der Aufpressungskräfte ergänzt. An der Kraftübertragung nimmt dieser Hilfsring 46 nicht teil, sondern -dreht sich nur frei mit.
Durch die symmetrische Doppelanordnung lassen sich bei diesem Getriebe die Achsial- drücke der beiden Hälften sowohl auf der treibenden als auch auf der getriebenen Seite vollständig gegeneinander ausgleichen, so dass keine Stützlager erforderlich sind, und ausserdem kann infolge grösserer Kugelzahl bei gleichem Durchmesser eine grössere Lei stung übertragen werden, als bei einfacher Anordnung. Auch kann durch Anwendung des Hilfsringes 46 die Lage der Bahnen 1 und 2 bezw. 11 und 21 freier gewählt werden, als im Beispiel nach Fig. 8. Zur Erreichung dieses letzteren Ziels kann ein Hilfsring auch bei Getrieben mit nur einem Kugelkranz an gewendet werden, nur muss er dann besonders gelagert sein.
Ausser den beschriebenen Beispielen kann die Anordnung auch so getroffen werden, dass der die Hilfsrollkörper tragende Teil der treibende oder der getriebene Teil des Ge triebes wird.