-
Gliederkette für die Reibkraftübertragung in stufenlos verstellbaren
Getrieben Die Erfindung betrifft eine Gliederkette mit quer zur Laufrichtung angeordneten
Druckstücken für die Reibkraftübertragung in stufenlos verstellbaren Getrieben mit
axial gegeneinander verstellbaren Kegelscheiben mit glatter Oberfläche, wobei die
Kegelscheibenpaare und die sie umschlingende Kette dauernd benetzt werden. Als Benetzungsflüssigkeit
wird üblicherweise ein Schmiermittel oder in Sonderfällen eine Kühlflüssigkeit verwendet.
-
Vorzugsweise kommen Metallgliederketten und metallene Reibscheiben
in Betracht. Jedoch ist die Erfindung auch auf Ketten und/oder Kegelscheiben aus
Kunststoffen mit metallähnlichen Eigenschaften anwendbar.
-
Es sind Kegelscheibenumschlingungstriebe mit gezahnten Scheiben und
Lamellenketten bekannt, die nicht reibkraftschlüssig, sondern formschlüssig arbeiten:
Es hat sich aber gezeigt, daß solchen Getrieben bei ausreichender Lebensdauer eine
Leistungsgrenze gesetzt ist, die extremen Ansprüchen - wie sie z. B. im Fahrzeugbau
gestellt werden müssen -nicht genügt.
-
Bei Getrieben, deren Kegelscheibenpaare eine glatte Oberfläche aufweisen,
haben sich für die reine Reibkraftübertragung sogenannte Rollenketten bewährt, bei
denen auf oder im Zugstrang der Kette zylindrische Rollen angeordnet sind, welche
die Reibscheibenoberflächen theoretisch nur punktweise berühren. Infolge der hohen
Hertzschen Pressungen in den Berührungspunkten zwischen Kette und Scheiben ergeben
sich aber ellipsenförmige Druckflächen, die sich über die ganze Rollenbreite erstrecken.
Bei allen Rollenketten wird der unvermeidbare Verschleiß durch die laufende Drehung
dieser Rollen auf deren gesamte Oberfläche gleichmäßig verteilt, so daß die Rollen
trotz Abnutzung ihre zylindrische Form auch nach langer Betriebszeit beibehalten.
Diese sehr leistungsfähigen Ketten sind aber nur mit einem hohen Kostenaufwand zu
erstellen.
-
Daneben sind Gliederketten für die Reibkraftübertragung in stufenlos
verstellbaren Getrieben mit glatten Reibscheibenoberflächen bekannt, welche quer
zur Kettenlaufrichtung angeordnete Druckstücke aufweisen, die an den Reibscheibenoberflächen
flächenhaft zur Anlage kommen. Da Kraftübertragung durch Reibung immer mit geringen
Gleitbewegungen zwischen den die Reibkraft übertragenden Flächen verbunden und der
Verschleiß bei aufeinandergleitenden Teilen proportional der Flächenpressung ist,
hat man den Druckstücken zunächst verhältnismäßig große Anlageflächen gegeben, um
hohe Leistungen bei möglichst geringer Flächenpressung übertragen zu können. Es
hat sich jedoch gezeigt, daß bei der Kürze der Zeit, die den Druckstücken zwischen
Reibscheiben-Ein- und -Ausgriff zur Verfügung steht, die Flächenpressung zwischen
Druckstücken und Reibscheiben recht hoch sein muß, um den Flüssigkeitsfilm zu durchdrücken.
Entsprechende Flächenpressungen stellen sich bei hoher Getriebebelastung selbsttätig
ein, wenn das Getriebe mit belastungsproportionaler Anpressung arbeitet. Sinkt aber
im Gebiet der Teilleistung die Flächenpressung unter ein bestimmtes Maß, so wird
der Flüssigkeitsfilm nicht mehr durchgedrückt, und die Kette rutscht wegen der sich
bildenden hydrodynamischen Reibung mit ihren sehr kleinen Reibwerten relativ zu
den Scheiben durch. Getriebeseitige Abhilfsmaßnahmen wie erhöhte Kettenvorspannung
sind aufwendig und wirkungsgradmindernd.
-
Getriebe mit großflächigen Druckstücken sind daher unsicher in der
Kraftübertragung, zumal nach längeren Laufzeiten, wenn durch Verschleiß große und
gut geglättete Anlageflächen an den Stirnseiten der Kettendruckstücke entstanden
sind.
-
Man hat versucht, diesen Nachteil der großflächigen Anlage dadurch
zu vermeiden, daß man die Druckstücke relativ schmal ausgebildet und an ihren Anlageflächen
mit parallel zur Kettenlängsachse verlaufenden Nuten oder mit Bohrungen versehen
hat. Durch die zusätzliche Unterbrechung der Tragflächen ist deren Traganteil je
Druckstück jedoch außerordentlich verkleinert worden, so daß die Flächenpressungen
bei großer zu übertragender Leistung sehr hoch sind. Druckstücke dieser Bauart weisen
daher relativ großen Verschleiß auf.
Außerdem hat es sich gezeigt,
daß durch- die vorwiegend parallel zur Kettenlängsachse verlaufenden Stege der Anlageflächen
die Möglichkeit zur Ausbildung hydrodynamischer Reibung zwischen Druckstücken und
Reibscheiben nach wie vor besteht. Ketten dieser Bauart haben sich ebenfalls nicht
bewährt. Außer dem Nachteil des erhöhten Verschleißes besteht auch bei ihnen die
Gefahr des Durchrutschens der Kette.
-
Den gleichen Nachteil hat eine weitere bekannte Kette, deren Druckstücke
als Pakete von Blattfedern ausgebildet sind, die senkrecht zur Kettenlaufrichtung
übereinandergeschichtet sind, so daß die Anlagefläche dieser Druckstücke aus den
schmalen, sich in Ketten-Laufrichtung erstreckenden Stirnflächen der Blattfedern
zusammengesetzt ist. Hier ist die Gefahr der hydrodynamischen Schmierkeilbildung
sogar besonders groß.
-
Eine andere Entwicklung ging dahin, die Berührung längs des Umschlingungsbogens
einer Linie anzunähern, wozu den Oberflächen der mit den Reibscheiben in Eingriff
kommenden Teile Zylinderform gegeben wurde. Aber auch hier bildet sich durch den
unvermeidbaren Verschleiß sehr bald eine Fläche mit großer Längserstreckung in Umfangsrichtung
aus, so daß bei kleinen Pressungen die hydrodynamische Reibung möglich ist und Rutschen
der Kette eintritt.
-
Durch die Erfindung sollen die dargestellten Nachteile der bisher
bekannten Gliederketten für die Reibkraftübertragung in stufenlos verstellbaren
Getrieben mit Kegelscheibenpaaren mit glatter, ständig benetzter Oberfläche beseitigt
werden. Insbesondere soll eine Kette mit quer zur Laufrichtung angeordneten Druckstücken
großer Anlagefläche bzw. geringer Flächenpressung geschaffen werden, die einfach
und billig herzustellen ist, eine ausreichend große Lebensdauer aufweist und hohe
übertragbare Leistungen bei kleinen Abmessungen zuläßt, aber auch bei sehr kleinen
Flächenpressungen rutschsicher ist. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch
gelöst, daß die Druckstücke in ihren an die Kegelscheibenoberflächen zur Anlage
kommenden Berührungsflächen in eine größere Anzahl von in Kettenlaufrichtung hintereinanderliegenden
Flächenelementen unterteilt sind.
-
Dabei hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, die Aufteilung
der Druckstück-Berührungsflächen in einzelne Flächenelemente durch Lamellierung
der Druckstücke zu erzeugen, wobei die Trennflächen zwischen den Lamellen etwa senkrecht
zur Kettenlaufrichtung stehen. Ein solches Lamellenpaket kann aus einer Reihe von
reibkraftübertragenden Lamellen und zwischen ihnen angeordneten kürzeren Zwischenlamellen
bestehen. Man kann aber auch quer zur Kettenlängsrichtung verlaufende Einschnitte
in den Stirnflächen massiver Druckstücke vorsehen oder die Aufteilung der Druckstück-Berührungsflächen
in einzelne, in Kettenlaufrichtung hintereinanderliegende Flächenelemente noch weiter
treiben, und zwar durch Unterteilung der Druckstücke in ein Bündel parallel zueinander
liegender Stäbe, die mit ihrer Längsachse quer zur Kettenlaufrichtung liegen.
-
Durch die erfindungsgemäße Unterteilung der Berührungsflächen in eine
größere Anzahl von in Laufrichtung hintereinanderliegenden Flächenelementen läßt
sich die Reibkraftübertragung wesentlich verbessern und die Auswirkung von Verschleiß
außerordentlich stark herabsetzen, weil einerseits die Gesamtfläche aller zur Anlage
kommenden Flächenelemente relativ groß und damit die Flächenpressung und entsprechend
der Verschleiß relativ klein ist sowie andererseits durch die Aufteilung der Anlageflächen
in lamellenartige Elemente die Ausbildung hydrodynamischer Reibung und das damit
verbundene Durchrutschen der Kette unmöglich wird. Die Erklärung dieses durch Versuche
untermauerten Phänomens liegt darin, daß die einzelnen Flächenelemente beim Einlauf
der Kette zwischen die Scheiben den an dieser Stelle vorhandenen Flüssigkeitsfilm
sofort in die Spalträume zwischen den Flächenelementen verdrängen, so daß jedes
einzelne Flächenelement von Anfang an im Bereich der Mischreibung mit den relativ
hohen Reibwerten arbeitet. Andererseits kann sich auch bei kleinen Anpressungen
wegen der Querunterteilung der Anlageflächen niemals ein hydrodynamischer Flüssigkeitskeil
ausbilden, der ein Durchrutschen der Kette ermöglicht. Deshalb brauchen keine so
hohen Anpreßkräfte zwischen den Berührungsoberflächen der Druckstücke mit den Kegelscheibenoberflächen
durch Kettenvorspannung und Kettenzug aufgebracht zu werden, und es gelingt deshalb,
mit einer solchen Kette auf kleinem Raum hohe Leistungen zu übertragen, wobei sich
herausgestellt hat, daß auch die Lebensdauer dieser Getriebe außerordentlich hoch
liegt. Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, die Druckstücke in quer zur
Kettenlaufrichtung sich erstreckenden Durchbrüchen der Kettenglieder begrenzt verschiebbar
anzuorden. Dadurch läßt sich ein etwa vorhandener Spurversatz zwischen an- und abtriebsseitigem
Reibscheibenpaar kompensieren. Die Kontur der Druckstücke ist günstigerweise so
zu wählen, daß die an den Auflageflächen auftretenden Normalkräfte -sich in Kettenmitte
schneiden, wodurch Kippmomente um die Kettenlängsachse vermieden werden.
-
Für die vorstehend erwähnten zweckmäßigen Ausbildungen wird nur in
Verbindung mit dem Haupterfindungsgedanken Schutz beansprucht.
-
Man kann nicht nur die Kettenglieder -mit Druckstücken ausstatten,
seien diese nun an ihren Berührungsflächen mit Einschnitten versehen oder lamel-'
liert oder zu einem Stabbündel unterteilt, fest oder querverschiebbar angeordnet,
sondern man kann auch allein oder zusätzlich die die Kettenglieder verbindenden
Bolzen bzw. Wiegegelenkbolzen als an ihren Stirnflächen quer zur Laufrichtung unterteilte
Druckstücke ausbilden und zur Reibkraftübertragung heranziehen. Dies gelingt auch,
wenn man die die Kettenglieder verbindenden Bolzen als Hohlbolzen zur Aufnahme von
querverschiebbaren Druckstücken ausbildet.
-
Eine weitere Steigerung der übertragungsfähigkeit einer solchen Kette
und ihrer Lebensdauer läßt sich in Weiterbildung der Erfindung dadurch erreichen,
daß die lamellenartig oder als Stabbündel ausgebildeten Druckstücke eine die Kettenglieder
überragende Länge aufweisen, so daß sich ihre Enden beim Einlaufen zwischen die
Kegelscheibenoberflächen elastisch durchbiegen können. Dadurch entstehen ballige
Oberflächen der einzelnen Flächenelemente, die auch bei großem Druckstückverschleiß
als ballige Flächen erhalten bleiben und damit stets gleich gute Reibkraftkontakte
sicherstellen. Außerdem entstehen hierbei vergrößerte Aufnahmeräume für das von
der Berührungsstelle verdrängte Schmiermittel.
Haben die vorzugsweise
lamellierten Druckstücke eine ausreichend große Kraglänge, während ihr Mittelteil
als im Durchbruch des Kettengliedes eingespannt angesehen werden kann, dann hängt
die Durchbiegung der Druckstückenden im wesentlichen von der jeweiligen Kettenzugkraft
ab. Um die erwünschte Durchbiegung der Lamellen oder Stabbündel von der jeweiligen
Kettenzugkraft weitgehend unabhängig zu machen, die spezifische Biegebeanspruchung
der Lamellen bzw. Stabbündel klein zu halten und um die Kettenbreite möglichst klein
halten zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Durchbrüche in den
Kettengliedern in der Kettenmitte eine Einschnürung aufweisen, welche bei nur wenig
über die Kettengliedbreite hinausragender Druckstücklänge eine Durchbiegung der
als Lamellen bzw. Stabbündel ausgebildeten Druckstücke unter der Wirkung der an
ihren Enden angreifenden Reibkräfte ermöglichen.
-
Die Kettenglieder mit ihren Durchbrüchen zur Aufnahme der Druckstücke
können in bekannter Weise aus einzelnen Laschen zusammengesetzt oder als einstöckige
Kettengliedkörper ausgebildet sein. Im ersteren Falle erhält man die Einschnürung
in einfachster Weise dadurch, daß die Randlaschen mit sich nach außen erweiternden
Durchbrüchen versehen werden.
-
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht eines Kettengliedes mit Teilen
der benachbarten Glieder einer ersten Ausführungsform, Fig. 2 einen Schnitt nach
der Linie II-II der Fig.1, wobei die beiden Kegelscheibenoberflächen mitangedeutet
sind, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-111 der Fig.l, ebenfalls mit Andeutung
der beiden Kegelscheibenoberflächen, Fig. 4 einen der Fig. 3 entsprechenden Querschnitt
für eine zweite Ausführungsform, Fig. 5, 6 und 7 je eine Erläuterungsskizze zu Fig.
3 und 4 in vergrößertem Maßstab, Fig.8 eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform,
Fig.9 eine vierte Ausführungsform in Seitenansicht, Fig.10 eine fünfte Ausführungsform
in Seitenansicht, Fig. 11 eine Ansicht auf die Stirnseite des Kettengliedes nach
Fig. 10, Fig. 12 eine Draufsicht auf das Kettenglied nach Fig. 10 und Fig. 13 einen
der Fig. 3 entsprechenden Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform.
-
Das erste Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1, 2 und 3 zeigt ein aus
Laschen 11, 12 und 13 aufgebautes Kettenglied, während das anschließende Kettenglied
Laschen 14 und 15 aufweist. In den Laschen sind Bohrungen 16 und 17
zur Verbindung der Kettenglieder untereinander mittels Gelenkbolzen 18 und 19 vorgesehen.
Die Laschen 11 bis 15 weisen zwischen den Laschenbohrungen 16 und 17 rechteckige
Durchbrüche 20 auf, in denen je ein aus einer größeren Anzahl Lamellen 21
bestehendes Druckstück 22 mit Gleitpassung quer verschiebbar angeordnet ist. Die
Trennebenen der Lamellen liegen, wie Fig. 1 zeigt, etwa senkrecht zur Bewegungsrichtung
der Kette. Mit ihren Stirnflächen kommen die Lamellen 21 der Druckstücke 22 mit
den Kegelscheibenoberflächen 27 und 28 in Berührung.
-
Die Lamellen 21 stehen beiderseits über das aus den Laschen
11 bis 15 bestehende Kettenglied hinaus und können als im Durchbruch
20 eingespannt gelten, so daß sich nur die überkragenden Lamellenenden unter
der Wirkung der an ihnen angreifenden Reibkräfte elastisch durchbiegen können.
-
Fig.4 zeigt an Hand eines einstöckigen Kettengliedkörpers
30, daß der Durchbruch eine Einschnürung in der Kettenmitte aufweist, wozu
die Stirnflächen 32 gewölbt sind. Dadurch wird die Durchbiegung der Lamellen 31
erleichtert und ihre spezifische Biegebelastung vermindert. Außerdem braucht nun
die Kraglänge der Lamellen nicht mehr so groß zu sein, so daß die gesamte Kettenbreite
geringer wird Die gleiche Wirkung läßt sich auch mit einer aus Laschen aufgebauten
Kette nach Fig. 1 bis 3 erzielen, wenn man die Durchbrüche 33 in den äußeren Laschen
nach außen hin erweitert, wie dies schematisch die Fig. 5 bis 7 zeigen. Die Figuren
stellen zugleich auch dar, wie sich die Lamellen einmal nach der einen Seite durchbiegen,
dann bei Entlastung in die Strecklage zurückkehren und sich schließlich nach der
entgegengesetzten Seite durchbiegen. Dieser Vorgang wiederholt sich beim Durchlaufen
der beiden Kegelscheibenpaare dauernd. Infolge Verschleißes bilden sich ballige
Stirnflächen an den Lamellenenden und Taschen 35 aus, die das verdrängte Schmiermittel
rasch aufnehmen. Da die balligen Stirnflächen 34 unabhängig von der Größe des Verschleißes
ballig bleiben, behält die Kette trotz Verschleiß dauernd ihre gute Griffigkeit,
wodurch die Möglichkeit gegeben ist, mit geringeren axialen Anpreßkräften auszukommen.
-
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform, bei der die die einzelnen Kettenglieder
40, 41, 42 miteinander verbindenden Kettenbolzen 43, 44, 45 mit Durchbrüchen
versehen sind, in denen querverschiebbar lamellierte Druckstücke 46 angeordnet
sind.
-
Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Kettenglieder
50, 51, 52 ebenfalls durch hohle Gelenkbolzen 53, 54, 55 gelenkig miteinander
verbunden sind. In diesem Falle nehmen die hohlen Gelenkbolzen Druckstücke 56 auf,
die durch Längs-und Querunterteilung als Stabbündel ausgebildet sind. Die einzelnen
Stäbe dieses Stabbündels können beliebigen Querschnitt haben.
-
Auch in diesen beiden Fällen können die die lamellierten bzw. als
Stabbündel ausgebildeten Druckstücke aufnehmenden Durchbrüche nach außen hin erweitert
sein, um die Durchbiegung der Lamellen bzw. Stäbe zu ermöglichen, wie dies an Hand
der Fig. 5 bis 7 beschrieben wurde.
-
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 10 bis 12 bestehen die Glieder
60 der Kette je aus einem Stück. An den mit zylindrischen Berührungsflächen 61 versehenen
Mittelteil 62 schließen sich beiderseits Laschen 63 mit Querbohrungen 64 zur Verbindung
mit dem Nachbarkettenglied an. In den Laschenbohrungen 64 sind Wiegegelenkbolzen
65 von gleicher Breite wie die Kettenglieder angeordnet. Die zylindrischen Berührungsflächen
61 der Kettenglieder und 61 a der Wiegegelenkbolzen sind mit quer
zur Kettenlängsrichtung verlaufenden Einschnitten 66 und 66 a versehen,
wodurch die Berührungsfläche in eine größere Anzahl von Flächenelementen aufgeteilt
ist,
mit denen diese Berührungsflächen an den Reibscheibenoberflächen
67 und 68 zur Anlage kommen. Durch die Unterteilung der Berührungsflächen
61
durch die Einschnitte 66 in eine Anzahl von Flächenelementen tritt wie
bei der Lamellierung oder Bündelung eine Unterbrechung der Berührungsfläche in Richtung
der Reibkraftübertragung auf, so daß sich auch bei geringen Anpreßkräften niemals
ein Flüssigkeitskeil zwischen den Flächenelementen der Druckstücke und den Kegelscheibenoberflächen
67 und 68 ausbilden kann, wodurch die Kette in den Bereich der hydrodynamischen
Reibung mit ihren extrem niedrig liegenden Reibwerten gelangen und durchrutschen
würde.
-
Die Herstellung eines Kettengliedes nach Fig. 12 ist teuer. Man kann
aber die gleichen Eigenschaften erzielen, wenn man das Kettenglied 70 gemäß
Fig. 13 aus einzelnen Laschen 71, 72, 73 zusammensetzt, deren Durchbrüche,
wie in Fig. 5 bis 7 gezeigt, eingeschnürt sein können. Anstatt Einschnitte 66 in
einen massiven Körper vorzusehen, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 12, wird
hier in den Durchbrüchen der Laschen ein Lamellenpaket angeordnet, das abwechselnd
aus reibkraftübertragenden Lamellen 74 und kürzeren Zwischenlamellen 75 besteht.
Auch hier kann an die Stelle des aus Laschen aufgebauten Kettengliedes
70 ein einstückiger Kettengliedkörper treten, wie dies in Fig. 4 dargestellt
ist.