Stufenlos regelbares Reibungsgetriebe Die vorliegende Erfindung betrifft ein stufenlos regelbares Reibungsgetriebe mit Reibrollen, die zwei, wenigstens annähernd kegelförmige Reibflächen auf weisen und zwischen zueinander gleichachsig ange ordneten Laufflächen angeordnet sind.
Bei bisher bekannten solchen Reibungsgetrieben sind die die Laufflächen berührenden Kegelmantel linien der Reibrollen zur Achse der Laufflächen par allel, und die beiden Laufflächen befinden sich in einer gemeinsamen Ebene. Auch sind die Reibrollen geteilt. Die Konstruktion ist teuer, und es ergeben sich in der Lagerung der Reibrollen grosse Lager drücke, durch welche die Reibungsverluste erhöht und der Wirkungsgrad herabgesetzt wird.
Dieser Nachteil soll bei dem stufenlos regelbaren Reibungsgetriebe gemäss vorliegender Erfindung da durch behoben werden, dass sowohl die Drehachse der Reibrollen wie auch deren Mantelerzeugenden, welche die Laufflächen berühren, in einem Winkel zur Achse der Laufflächen verlaufen, wobei durch Verschieben der Reibrollen in Richtung der Achse der Laufflächen das Übersetzungsverhältnis zwischen treibender und getriebener Welle stufenlos geändert werden kann.
In der beiliegenden Zeichnung sind Ausführungs beispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Ausführung mit doppelkegelförmigen Reibrollen mit schräggestell ter Achse, Fig. la einen Teilschnitt zu Fig. 1, Fig. 2 die gleiche Ausführung wie Fig. 1, wobei die Reibrollen sich in der Stellung eines über setzungsverhältnisses ins Schnelle befinden, Fig. 3 eine Ausführung, bei welcher der Aussen ring feststeht, so dass die Reibrollen planetenförmig mit ihrem Träger umlaufen, Fig. 4 eine Ausführung,
bei welcher gleichzeitig zwei Reihen Reibrollen nach Fig. 3 parallel angeord net sind, Fig. 5 eine Variante, bei welcher zwei Reihen Reibrollen hintereinander angeordnet sind, wobei die eine Reihe im Prinzip gemäss Fig. 1 und die zweite Reihe im Prinzip gemäss Fig. 3 ausgebildet ist und Fig. 6 eine Ausführung mit Reibrollen, die am Umfang gelagert sind.
Im Beispiel nach Fig. 1 ist mit 1 ein Gehäuse bezeichnet mit einem damit verschraubten Deckel 2. Im Gehäuse 1 ist die Welle 3 mittels eines Kugel lagers 18 drehbar gelagert, und im Deckel 2 ist die Welle 4 mittels Kugellager 19 gelagert. Auf einem Träger 6 sind eine Anzahl, z. B. vier, Doppelkegel- Reibrollen 7 planetenförmig angeordnet und um ihre Achse drehbar gelagert, wobei deren Achsen 8 schräg zur gemeinsamen Achse der Wellen 3, 4 an geordnet sind. Diese Achsen 8 können entweder aus einem Stück mit den Wälzkörpern 7 bestehen oder in die letzteren eingesetzt sein. Die Achsen 8 und die Reibrollen 7 lassen sich in ihrer Längsachse ver schieben.
Die Reibrollen 7 sind in Reibungskontakt auf der einen Seite mit einer Lauffläche einer Scheibe 10 und auf der gegenüberliegenden Seite mit der va dieser Lauffläche gleichachsigen Lauffläche eines Ringteils 9. Die Scheibe 10 wie auch der Ringteil 9 sind an sich auf den Wellen 4 bzw. 3 drehbar ge lagert. Der Ring 12, der mit der Welle 4 starr ver bunden ist, bildet mit der Scheibe 10 eine Kupplung, indem diese Teile einander zugekehrte Ringstirn flächen besitzen, an denen entgegengesetzt geneigte Schrägflächen gebildet sind. Mit den Schrägflächen wirken Kugeln 11 zusammen, welche durch einen Kugelkäfig distanziert sind.
Diese Kupplung zwischen Scheibe 10 und Welle 4 wirkt als Vorrichtung zur automatischen Regulierung des Anpressdruckes der Scheibe 10 auf die Reibrollen 7, indem bei Be lastung die Kugeln 11 auf den Schrägflächen auf laufen und die Scheibe 10 gegen die Reibrollen 7 pressen. Die die Lauffläche der Scheibe 10 berüh rende Kegelmantellinie der Reibrollen 7 ist so ge neigt, dass durch das axiale Verschieben der Scheibe 10 nach links ein grösserer Anpressdruck an der Kontaktfläche erzielt wird.
Die die Lauffläche des Ringteils 9 berührende Kegelmantellinie der Reib rollen 7 ist ebenfalls geneigt, vorteilhaft in der glei chen Grösse wie die vorgenannte Kegehnantellinie, so dass diese beiden Linien parallel sind.
Die die Laufflächen berührenden Kegelmantellinien sind hierbei zur Drehachse der Laufflächen so geneigt, und die beiden Laufflächen sind in Richtung ihrer Achse derart versetzt bzw. haben einen solchen axialen Abstand, dass das rechtsdrehende, auf die Reibrollen 7 in der Bildebene der Fig. la ausgeübte Moment, das durch die Axialkomponente P des An- pressdruckes und den Abstand b erzeugt wird, wenig stens annähernd gleich ist dem linksdrehenden Mo ment, das durch die Radialkomponente l3 des An pressdruckes und den Abstand a hervorgerufen wird.
Die beiden Momente sind daher teilweise oder ganz ausgeglichen, so dass die aus den Anpresskräften der Reibrollen resultierenden Drücke in den Lagern der Reibrollen klein oder Null werden. Ring 9 und Scheibe 10 könnten jedoch auch in einer Ebene liegen, ohne dass sich an der Wirkungsweise etwas ändern würde; einzig der Wirkungsgrad würde dabei verschlechtert.
Dadurch, dass die Scheibe 10, wie ersichtlich, mit Spiel auf der Welle 4 angeordnet ist, ist sie bzw. ihre Lauffläche in radialer Richtung einstellbar.
Zwischen dem Ringteil 9 und dem mit der Welle 3 starr verbundenen Ring 13 sind in gleicher Weise mit Schrägflächen zusammenwirkende Kugeln 11 vorhanden, um eine Vorrichtung zur automatischen Regulierung des Anpressdruckes zu erhalten. Durch eie Anordnung einer solchen Vorrichtung auf der Eingangs- wie auch auf der Ausgangswelle wird die automatische Regelung des Anpressdruckes auf dem ganzen Regulierbereich erhalten.
Der Träger 6, der auf der Welle 3 drehbar und am Deckel 2 nicht drehbar, jedoch axial verschieb bar gelagert ist, weist eine Verzahnung 15 auf, die als Zahnstange ausgebildet ist, in welche ein Zahn rad 16 eingreift. Durch Drehen des Zahnrades 16 kann der Träger 6 in axialer Richtung verschoben werden.
In der in Fig. 1 gezeichneten Stellung berührt die Scheibe 10 die Reibrollen 7 auf einem grossen Durchmesser, der Teil 9 die Reibrollen 7 jedoch auf einem kleinen Durchmesser; beim Antrieb der Welle 4 entsteht dadurch eine Übersetzung ins Langsame auf die Welle 3.
In Fig. 2 ist der Träger 6 in axialer Richtung so weit verschoben gezeigt, dass die Scheibe 10 die Reibrollen 7 auf einem kleinen Durchmesser berührt, der Teil 9 hingegen auf einem grossen; dadurch ent steht eine Übersetzung von Welle 4 auf Welle 3 ins Schnelle. Durch das Verschieben des Trägers 6 in axialer Richtung können also stufenlos beliebige Übersetzungen eingestellt werden.
Die Feder 17 übt einen Axialdruck auf den Ring 12 und die Scheibe 10 aus, damit beim Anfahren, bevor die Anpressvorrichtung wirksam wird, schon ein Reibungsdruck zwischen der Scheibe 10, dem Ring 9 und den Reibrollen 7 vorhanden ist.
In Fig. 3 ist in dem mit dem Gehäuse 20 ver schraubten Deckel 21 mittels der Kugellager 19 die Welle 4 gelagert, auf der in gleicher Weise wie in Fig. 1 die Scheibe 10, die Kugeln 11 und der Ring 12 der Anpressvorrichtung angeordnet sind.
Die Reibrollen 7 sind in einem Träger 22 gelagert, der einerends auf einer Lagerbüchse 23 des Deckels 21 und andernends mittels eines Kugellagers 24 in einer Büchse 25 drehbar gelagert ist. Letztere ist mit dem Gehäuse 20 verkeilt, jedoch axial verschiebbar und weist eine Zahnstangenverzahnung 26 auf, in die das Zahnrad 27 eingreift, welches wieder von aussen durch ein Handrad gedreht werden kann. Das Kugellager 24 überträgt die Verschiebungsbewe gung der Büchse 25 auf den drehenden Träger 22. Der Ring 28, welcher in Reibungskontakt mit den Reibrollen 7 steht, ist hier verschiebbar im Gehäuse 20 angeordnet.
Er bildet zusammen mit einem im Gehäuse 20 fest angebrachten Ring 29 und Ku geln 30, die mit Schrägflächen auf den Stirnseiten der Ringe 28 und 29 zusammenwirken, eine An- pressvorrichtung. Die Kugeln 30 laufen bei Be lastung auf den Schrägflächen auf und pressen den Ring 28 fest gegen die Reibrollen 7. Der Reibrollen träger 22 ist mit der Welle 31 durch eine Keil verbindung drehfest verbunden. Beim Drehen der Welle 4 werden durch Reibungsschluss die Reibrollen 7 in Drehung versetzt, wobei sich letztere auf der Lauffläche des Ringes 28 planetenförmig abwälzen. Der Träger 22 wird dadurch in Drehbewegung ver setzt und treibt die Welle 31.
Wie bei Fig. 1 wird durch Verschieben des Trägers 22 in axialer Rich tung eine Änderung im Übersetzungsverhältnis her vorgerufen, indem die Berührungsradien zwischen den Reibrollen 7 einerseits und den Laufflächen des Ringes 28 und der Scheibe 10 anderseits sich än dern.
Bei der Ausführung nach Fig. 4 sind zwei Reihen Reibrollen 7 an einem Träger 32 angeordnet, der gleich wie in Fig. 3 drehbar gelagert und durch eine Verstellvorrichtung 26, 27 axial verschiebbar ist. Die auf diese Weise planetenförmig angeordneten Reibrollen 7 wälzen sich wie bei Fig. 3 um. zwei im Gehäuse 33 angeordnete Ringe 28 ab, denen je eine Anpressvorrichtung 29, 30 zugeordnet ist. Mit jeder Reibrollenreihe wirkt ferner eine Scheibe 10 zusammen.
Beide Scheiben 10 und ihre Anpressvor- richtungen 11, 12 sind auf einer Welle 34 angeord net. Zufolge der parallelen Anordnung der zwei Reihen Reibrollen kann die übertragene Leistung vergrössert werden. Anstelle von zwei Reihen Reib rollen kann eine beliebige Anzahl Reihen angeord net werden.
Die Ausführung nach Fig. 5 weist ebenfalls zwei Reihen Reibrollen auf. Die rechte Reihe ist im Prinzip gleich wie nach Fig. 1 ausgebildet, die linke Reihe wie nach Fig. 3, wobei, wenn die Welle 35 die Eingangswelle ist, der abtreibende Teil 36 der ersten Reihe mit dem antreibenden Teil 37 der zweiten Reihe über eine Anpressvorrichtung 38 drehbar ver bunden ist. Der Teil 37 ist durch ein Kugellager 39 in einer Zwischenwand 40 des Gehäuses 41 gelagert. Die übrige Ausführung dieser beiden Reihen ist identisch mit den Ausführungen nach Fig. 1 und 3.
Die Welle 42 ist die Abtriebswelle. Für jede Stufe ist eine separate Verstelleinrichtung 15, 16 bzw. 26, 27 angeordnet. Diese Ausführung dient zum Vergrössern des Verstellbereiches und gleichzeitig zum Vergrö ssern des Ausgangsdrehmomentes. Die erste Stufe nach Fig. 1 ergibt ein hohes Übersetzungsverhältnis, während durch die zweite Stufe nach Fig. 3 grosse Drehmomente erzielt werden können.
Durch diese Kombination der beiden Reihen können somit grosse Übersetzungsverhältnisse und gleichzeitig hohe Dreh momente erzielt werden, wenn auf der treibenden Seite zuerst die Ausführung nach Fig. 1 gewählt wird.
Fig. 6 stellt eine Variante dar mit zylinder- förmigen Reibrollen 43, die am Umfang mittels Lagerrollen 44 in einem axial verschiebbaren Träger 45 so gelagert sind, dass die Drehachse der Reib rollen 43 zur gemeinsamen Achse der Laufflächen der auf der Welle 46 sitzenden Scheibe 47 und des Ringes 48 geneigt ist. Die Stirnseiten der Reib iollen 43 sind kegelförmig ausgebildet, und zwar ist die kegelförmige Fläche 49 spitzwinkliger als die kegelförmige Fläche 50. Dadurch muss sich beim axialen Verschieben des Trägers 45 der axiale Ab stand zwischen der Lauffläche der Scheibe 47 und der Lauffläche des Ringes 48 ändern können.
Letz terer ist daher in axialer Richtung verschiebbar im Gehäuse 51 angeordnet und wird durch Federn 52 gegen die Reibrollen 43 gedrückt. In der gezeichne ten Ausbildung wird der axiale Abstand zwischen den Teilen 47 und 48 grösser, wenn die Drehachse der Reibrollen 43 näher an die Lauffläche des Ringes 48 zu liegen kommt. Hierbei wird die Dreh zahl der Reibrollen 43 kleiner, wenn die Scheibe 47 der antreibende Teil ist, und die Federn 52 wer den mehr zusammengedrückt, je näher die Reib rollenachse an den Ring 48 heranrückt. Dadurch wird der Anpressdruck auf die Reibrollen 43 ent sprechend der niedrigeren Drehzahl und den grö sseren Ausgangsdrehmomenten grösser.
Durch ent sprechende Ausbildung der Kegelflächen der Reib rollen und der Federn 52 kann die Anpressung auto matisch so reguliert werden, dass das übertragbare Drehmoment jeweils der eingestellten Drehzahl ent spricht, so dass konstante Leistung bei verschiedenen Ausgangsdrehzahlen erzielt werden kann, ohne dass eine Anpressvorrichtung wie z. B. nach Fig. 1 not wendig ist, und ohne dass zuviel Anpressdruck bei grösseren Ausgangsdrehzahlen vorhanden ist.
Diese Art der Regelung des Anpressdruckes kann auch bei Reibrollen nach Fig. 1 oder Fig. 3 angewendet wer den, indem die kegelförmigen Flächen entspre chend unsymmetrisch ausgebildet werden. Der An- pressdruck könnte auch so reguliert werden, dass er bei steigender Ausgangsdrehzahl zunimmt, um grosse Leistungen bei grossen Drehzahlen zu übertragen, indem z. B. in Fig. 6 die innenliegende kegelförmige Fläche 50 der Reibrollen 43 spitzwinkliger ausge führt würde als die äussere kegelförmige Fläche 49.
Dadurch würde, wenn die Scheibe 47 antreibend ist, die Anpressung grösser, wenn Scheibe 47 näher an die Reibrollenachse zu liegen kommt.
Durch entsprechende Ausbildung der kegelförmi gen Flächen kann man die Anpressung der Reib rollen jeder beliebigen Drehmomentcharakteristik anpassen, und zwar sowohl bei Ausführung mit fest stehendem Träger (Fig. 1) wie bei umlaufendem Träger (Fig. 3).
Statt dass die Federn 52 zwischen dem Ring 48 und dem Gehäuse 51 angeordnet sind, könnten dieser Ring 48 auch fest im Gehäuse 51 angebracht und zwischen der verschiebbar gelagerten Scheibe 47 und der Welle 46 Federn vorhanden sein.
Bei der Ausführung nach Fig. 6 können die Reibrollen anstelle der Lagerung am Umfang auch durch eine zentrale Achse gelagert werden, wie z. B. nach Fig. 1.
Anstelle der gezeichneten Verstellung durch das Zahnrad 16 und die Zahnstange 15 (Fig. 1) kann eine beliebige andere Verstellart angewendet werden, z. B. durch einen Hebel, der direkt oder indirekt die Verstellung des Trägers von aussen ermöglicht.
Die Grösse des Axialdruckes auf die An- und Abtriebswelle und damit auf die Kugellager, die diesen Druck aufzunehmen haben, kann durch die Wahl des Schrägwinkels der Berührungslinien zwi schen Scheibe 10 (Fig. 1) und Reibrollen 7 bzw. zwi schen Reibrollen 7 und Ringteil 9 beliebig gewählt werden. Je flacher dieser Winkel gegenüber der Ro tationsachse 3 bzw. 4 ist, desto geringer ist der An teil des Axialdruckes am Gesamtanpressdruck.
Der Kraftfluss im Getriebe kann in beiden Rich tungen erfolgen, das heisst, es kann z. B. in Fig. 1 sowohl die Welle 4 als auch die Welle 3 Antriebs welle sein.
Die Vorteile der erläuterten Konstruktion sind: Es wirken nur zwei Reibflächen auf die Reib rollen ein.
Die Reibrollen sind so zwischen die Reibflächen eingespannt, dass nur ein geringer Axialdruck auf die Antriebs- oder Abtriebswelle erzeugt wird, der fast bis zum Wert null des Gesamtanpressdruckes herab gesetzt werden kann. Der Wirkungsgrad wird da durch hoch und die Konstruktion einfach. Die durch die Anpresskräfte hervorgerufenen La gerdrücke auf die Reibrollenachsen können teil weise oder ganz aufgehoben werden, was den Wir kungsgrad weiter erhöht.
Es kann eine beliebige Anzahl Reibrollen über den Umfang verteilt angeordnet werden, die ge meinsam die Leistung übertragen.
Es können auf einfache Weise verschiedene Reihen Reibrollen zusammengeschaltet werden, um entweder erhöhte Leistung oder erhöhten Regulier- Bereich oder beides zusammen zu erhalten.
Die Konstruktionen sind einfach und in der Bau art gedrängt.