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Stufenlos verstellbares Getriebe mit zwischen Kegelscheibenpaaren
. laufendem Zugmittelstrang und hydraulischer Steuerung Es sind stufenlos
verstellbare Getriebe mit zwischen zwei Kegelscheibenpaaren laufendem Zugmittelstrang
bekannt, bei denen die für die, Kraftübertragung zwischen den Kegelscheiben und
dem Zugmittelstrang erforderlichen axialen Anpreßkräfte mit Hilfe mechanischer Anpreßeinrichtungen
erzeugt werden. Unter diesen Anpreßeinrichtungen gibt es bevorzugte Konstruktionen,
mit denen es möglich ist, axiale Anpreßkräfte zu erzeugen, die einmal vom jeweiligen
Drehmoment an der betrachteten Wolle, zum anderen aber auch von der jeweiligen Getriebeübersetzung
abhängig sind. Diese Abhängigkeit sowohl von der Drehmomentbelastung als auch von
der Übersetzung ist deshalb besonders zweckmäßig, weil es dadurch möglich ist, die
axialen Anpreßkräfte immer so zu bemessen, daß sie einerseits ein Durchrutschen
des Zugmittelstranges zwischen den Kegelscheiben mit Sicherheit verhindern und andererseits
niemals größer sind, als dies für die Kraftübertragung unbedingt erforderlich ist.
Getriebe dieser Art weisen im allgemeinen sowohl auf-der treibenden Welle als auch
auf der getriebenen Welle gleichartig ausgebildete Anpreßeinrichtungen auf, weil
es räufig vorkommt daß bei solchen Getrieben die- Drehmomentenrichtung sich ändert,
d. h. die bisher treibende Welle zur getriebenen Welle wird, und umgekehrt.
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Auf jeder Getriebewelle ist drehbar, aber gegen axiale Verschiebung
durch einen Anschlag gesichert, eine Kegelscheibe angeordnet. Mit dieser Kegelscheibe
arbeitet eine zweite Kegelscheibe zusammen, die mit jener drehfest verbunden, ihr
gegenüber aber axial verschiebbar angeordnet ist. In der Nabenstimseite der beweglichen
Kegelscheibe sind -auf dem Umfang gleichmäßig verteilt mehrere, meist drei
Kurvenbahnen eingearbeitet, welche die Form zweier aneinandergesetzter Schraubenflächen
entgegengesetzter Steigung und verschiedener sowie. veränderlicher Neigung aufweisen.
Auf der gegenüber dem Kegelscheibenpaar frei drehbaren Getriebewelle, ist eine Kurverunuffe
drehfest angeordnet, die in ihrer kreisringförmigen Stirnfläche Kurvenbahnen der
gleichen Form aufweist. Zwischen den Kurvenbahnen in der Stimfläche der Kegelscheibennabe,
und der Kurvenmuffe Regen.Rollkörper, z. B. Kugeln.
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Wird ein Drehmoment an der getriebenen Welle abgenommen, dann -übertragen
die zwischen den Kurvenbahnen liegenden Kugeln das Drehmoment von den Kegelscheiben
auf die Welle. Die Kugeln befinden sich dabei in einer durch die jeweilige, übersetzung
bedingten Stellung auf den Kurvenbahnen. Gleichzeitig mit der Übertragung des Drehmomentes
entstehen aber auch axial wirkende Anpreßkräfte, welche die Kegelscheiben gegen
den Zugmittelstrang pressen. Diese Anpreßkräfte sind dem abgenommenen Drehmoment
proportional. Ihre absolute Höhe hängt ab, von der aus dem Drehmoment resultierenden
Umfangskraft und der Steigung der Kurvenbahnen in dem Punkt, an dem sich die Kugeln
gerade befinden. An der treibenden Welle wird in gleicher Weise das eingeleitete
Drehmoment auf die Kegelscheiben übertragen und eine axial wirkende Anpreßkraft
erzeugt.
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Die, Einhaltung einer bestimmten Übersetzung kann bei diesen
Getrieben so vorgenommen werden, daß auf jedem Scheibensatz parallel zu der mechanischen
Anpreßeinrichtung ein hydraulischer Kraftkolben zwischen Welle und axial beweglicher
Kegelscheibe angeordnet ist, dessen Flüssigkeitsdruck von einem mit einer der beweglichen
Kegelscheiben verbundenen Steuerschieber gesteuert wird. Die entg cr e gengesetzt
gerichteten Schraubenflächen der Kurvenbahnen sind dabei so in ihrer Neigung gewählt,
daß jeweils die auf der getriebenen Welle mechanisch erzeugten Anpreßkräfte größer
sind als die mechanischen Gegenkräfte der treibenden Welle. Eine7 bestimmte Übersetzung
kann also nur gehalten werden, wenn die mechanischen Anpreßkräfte der treibenden
Welle durch hydraulische Kräfte unterstützt werden.
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Zur Wahl einer bestimmten Übersetzung, d. h. einer bestimmten
Stellung der axial beweglichen Kegelscheiben, ist der den Steuerschieber mit der
egelscheibe verbindende Hebel als Doppelhebel ausgebildet, dessen freies Ende willkürlich
einstellbar ist.
Ändert sich bei einem mit der geschilderten mechanischen
Anpreßeinrichtung ausgestatteten Getriebe die Drehmomentenrichtung unter Beibehaltung
der Drehrichtung, wie dies beispielsweise bei einem Fahrzeuggetriebe vorkommt, wenn
das Fahrzeug zunächst bergauf # fährt, wobei der Motor über das Getriebe die Treibräder
des Fahrzeugs, antreibt, und dann unter Motorbremsung bergab fährt, wobei die Räder
des Fahrzeugs über das Getriebe den Motor antreiben, dann müssen sich die Kugeln
von dem einen Schraubenflächenpaar der Kurvenbahnen im Augen-blick des Drehmornentenwechsels
- abheben und an das andere Schraubenflächenpaar entgegengesetzter Steigung
anlegen. Dabei führt jede der beiden Wellen gegenüber dem auf ihr angeordneten Kegelscheibenpaar
einen Winkelweg aus, dessen Größe von der jeweiligen übersetzung des Getriebes abhängig
ist.
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Bedingt durch diesen Winkelweg und das Auftreffen der Kugeln auf die
Schraubenflächen in ihrem neuen Arbeitspunkt treten dann aber Schlagbeanspruchungen
auf, die insbesondere beim Vorhandensein beträchtlicher Drehmassen auf die Getriebeteile
eine zerstörende Wirkung ausüben können, abgesehen davon ' daß Auf- und Rückpralleffekte
den Kraftschluß zwischen Kegelscheiben und Zugmittelstrang kurzzeitig aufheben können.
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Es ist zwar versucht worden, diese Nachteile dadurch herabzumindern,
daß die Kurveranuffen axial verschiebbar gemacht wurden, so daß sie während des
Umschlagweges mit Hilfe einer Feder den an den Kurvenbahnen abwärts rollenden Kugeln
nachgeführt wurden, während sie beim anschließenden Aufwärtsrollen der Kugeln in
die neue Stellung mechanisch oder hydraulisch stark gedämpft in ihre Ausgangslage
zurückführbar waren. Diese Lösung kann aber die Nachteile, wie sie oben im einzelnen
erläutert worden sind, nur mindem, aber nicht beseitigen.
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Durch die Erfindung soll bei einem stufenlos verstellbaren Getriebe
mit zwischen zwei Kegelscheibenpaaren laufendem Zugmittelstrang, mit mechanischen
Anpreßeinrichtungen zur Erzeugung von für die Kraftübertragung zwischen den Kegelscheiben
und dem Zugmittelstrang erforderlichen axialen Anpreßkräften in Abhängigkeit von
der Drehmomentbelastung an der jeweils getriebenen Welle sowie der Getriebeübersetzung
und mit einer hydraulischen Steuereinrichtung zum beliebigen Einstellen der Getriebeübersetzung
und einem den Druck der Druckflüssigkeit bestimmenden Steuerschieber, der mit einer
der axial beweglichen Kegelscheiben verbunden ist, die Aufgabe gelöst werden, diesen
Nachteil der beschriebenen Anpreßeinrichtungen zu vermeiden. Es soll insbesondere
dafür gesorgt werden, daß unter Aufrechterhaltung der Vorteile, die diese Anpreßeinrichtungen
grundsätzlich haben, während der Drehmomentenumkehr keine Winkelwege zwischen den
Kegelscheiben und den Wellen ausgeführt werden müssen, so daß keine Stoßbeanspruchungen
auftreten und das Anpreßgesetz zwischen Kegelscheiben und Kette auch beim Drehmomentenwechsel
seine volle Gültigkeit behält.
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Das wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß zwecks wechselweiser
Verwendbarkeit beider Wellen als treibende und getriebene Welle sowohl auf dem getriebenen
als auch auf dem treibenden Scheibensatz je eine nur einen Steigungssinn
aufweisende, drehmomentabhängige mechanische Anpreßeinrichtung und je eine
durch den hydraulischen Steuerschieber betätigte, entgegengesetzt zum Steigungssinn
der mechanischen Anpreßeinrichtung wirkende hydraulische Drehkolbeneinrichtung angeordnet
sind, daß die hydraulische Drehkolbeneinrichtung und die mechanische Anpreßeinrichtung
bei jedem Scheibensatz einerseits mit der Getriebewelle und andererseits mit der
drehbaren und axial verschiebbaren Kegelscheibe jedes Kegelscheibenpaares verbunden
sind, daß das jeweilige Drehmoment beim getriebenen Scheibensatz durch die.mechanische
Anpreßemdchtung von den Kegelscheiben auf die Welle und beim treibenden Scheibensatz
durch die hydraulische Drehkolbeneinrichtung von der Welle auf die Kegelscheiben
übertragen wird und daß beim treibenden Scheibensatz die in der hydraulischen Drehkolbeneinrichtung
mittels des Steuerschiebers erzeugte Umfangskraft auf die mechanische Anpreßeinrichtung
wirkt und mittels dieser eine axial wirkende Stützkraft hervorruft, die der von
der mechanischen Anpreßeinrichtung des getriebenen Scheibensatzes erzeugten Axialkraft
über den Zugmittelstrang das Gleichgewicht hält.
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Während also beim jeweils getriebenen Scheibensatz Drehmomentübertragung
und Anpreßkrafterzeugung vom gleichen Organ, der mechanischen Anpreßeinrichtung,
vorgenommen werden, dienen beim jeweils treibenden Scheibensatz hierzu zwei verschiedene
Organe: die hydraulische Drehkolbeneinrichtung und die mechanische Anpreßeinrichtung
für die. Anpreß- oder Stützkrafterzeugung. Die Anordnung der mechanischen Anpreßeinrichtung
auf der treibenden Welle ist dabei so, daß die Richtung des Drehmomentes entgegengesetzt
der natürlichen Wirkungsrichtung der Kurvenbahrmeigung verläuft. Die in der hydraulischen
Drehkolbeneinrichtung wirkende Umfangskraft verhindert ein Abheben der Kugeln von
den Kurvenbahnen und wird mittels der die axiale Kegelscheibenbewegung abtastenden
Steuerung so hoch bemessen, daß die mit Hilfe der Kurvenbahrmeigung erzeugte axiale
Stützkraft der jeweiligen Getriebebelastung angepaßt ist, d. h. daß eine
ungewollte Verschiebung der axial beweglichen Kegelscheibe und damit eine ungewollte
übersetzungsänderung verhindert wird. Bei einem Wechsel der Drehmornentenrichtung
bleiben die Anpreßkugeln in Anlage an den Kurvenbahnen, mit dem einzigen Unterschied,
daß die sie zur Anlage zwingende Umfangskraft nicht mehr hydraulisch erzeugt wird,
sondern direkt aus dem zu übertragenden Drehmoment herrührt. Die der Erfindung zugrunde
liegende Aufgabe ist damit gelöst. Soll das Getriebe wahlweise in jeder der beiden
Drehrichtungen verwendbar sein, dann sind für jede Drehrichtung in der Anpreßeinrichtung
einsinnig ansteigende Kurvenbahnen vorzusehen. Die Dreheinrichtung muß dann ebenfalls
in beiden Drehrichtungen Drehmomente wahlweise übertragen können.
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Für die Ausbildung der hydraulischen Drehkolbeneinrichtung hat sich
eine Reihe von Ausführungsformen bewährt. So kann sie als Flügelkolben ausgebildet
sein, der aus einer Anzahl von über den Umfang der Getriebewelle verteilten, radial
auf der Getriebewelle angeordneten Wänden und einem die Wände umschließenden Gehäuse
besteht, das relativ zur Getriebewelle drehbar, aber axial festgelegt und mit der
axial beweglichen Kegelscheibe drehfest, aber
axial verschiebbar
verbunden ist und eine der Anzahl der Wände entsprechende Anzahl von radial nach
innen gerichteten Trennwänden aufweist, die, mit den Wänden auf der Getriebewelle
Druckkammern bilden, denen das Druckmittel vom Steuerschieber aus durch Längs- und
Radialbohrungen in der Getriebewelle. zuführbar ist. Der in diesen Druckkammem herrschende
Druck des Druckmittels erzeugt somit ein reines Drehmoment, das vom Gehäuse des
Drehkolbens aus unmittelbar auf die axial verschiebbare Kegelsche,ibe übertragen
wird. Deswegen ist auch die Verbindung zwischen dieser Kegelscheibe und dem Gehäuse
des Drehkolbens so ausgebildet, daß beide zwar drehfest miteinander verbunden sind,
sich aber in axialer Richtung gegenseitig verschieben können. Die axialen Stützkräfte
der Antriebsseite werden in diesem Falle, wie beschrieben, ausschließlich über die
mechanischen Anpreßeinrichtungen erzeugt.
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Zur Entlastung der Anpreßeinrichtung auf der jeweils treibenden Welle
von diesen axial wirkenden Stützkräften hat es sich bewährt, das Gehäuse des Drehkolbens
mit einem mit der axial beweglichen Kegelscheibe verbundenen Zylinder zu umgeben,
der längsverschiebbar, aber drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei dem so
aus Gehäuse und Zy-
linder gebildeten Druckraum das den Druckkammern des Drehkolbens
zugeleitete Druckmittel durch eine Bohrung zuführbar ist, wodurch das Druckmittel
auch eine Axialkraft auf die bewegliche Kegelscheibe ausübt und damit die Anpreßeinrichtung
bei der Erzeugung der Stützkräfte unterstützt.
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Eine besonders zweckmäßige konstruktive Lösung für die Ausbildung
der Drehkolbeneinrichtung ergibt sich dadurch, daß sie aus einem mit der Getriebewelle
verbundenen Steilgewinde und einem mit diesem ini Eingriff stehenden, gegenüber
der Getriebewelle drehbaren und längsverschiebbaren Gewindegehäuse besteht, das
mit der Getriebewelle einen abgeschlossenen Zylinderrauin für die durch Längs- und
Querbohrungen der Getriebewelle zugeführte Druckflüssigkeit bildet und das mit der
axial verschiebbaren Kegelscheibe drehfest, aber axial verschiebbar verbunden ist.
Auch in diesem Falle kann man die Anordnung so treffen, daß das Gewindegehäuse von
einem mit der axial beweglichen Kegelscheibe verbundenen Zylinder umgeben ist, der
längsverschiebbar, aber drehfest mit dem Gewindegehäuse verbunden ist, und daß zwischen
dem durch Zylinder und Gewindegehäuse gebildeten Druckrauin und dem Zy-
linderraum
eine Verbindung für den Durchtritt des Druckmittels besteht wodurch dieses entsprechend
seinem Druck eine mehr oder weniger große Axialkraft auf die bewegliche Kegelscheibe
ausübt. Hier wird also insbesondere die auf der treibenden Welle angeordnete Anpreßeinrichtung
teilweise von der Erzeugung der axialen Stützkräfte entlastet.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandos
dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 in schematischer Darstellung als Teillängsschnitt
eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes, Fig. 2 einen Schnitt
nach der Linie II-II der Fig. 1,
Fig. 3 einen teilweisen Längsschnitt
eines Scheibensatzes für eine zweite Ausführungsforin und -Fig. 4 einen der Fig.
3 entsprechenden teilweisen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform.
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Die drei Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 sowie
3 und 4 unterscheiden sich lediglich durch die konstruktive Gestaltung des
Drehkolbens. Deshalb werden in allen Figuren für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen
verwendet. Die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 3 und 4 sind im Zusammenhang
mit Fig. 1 zu verstehen.
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Das in Fig. 1 im schematischen Teillängsschnitt dargestellte
stufenlos verstellbare Getriebe besteht aus zwei untereinander gleichen Scheibensätzen,
die in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Getriegehäuse drehbar gelagert
sind. Der eine Scheibensatz wird von einer Getriebewelle 1 getragen, der
zweite, gleichartig ausgebildete, von einer Getriebewelle 2. Auf den Getriebewellen
1 und 2 sindK--gelscheiben 3, 4 und 5, 6 angeordnet. Die Kegelscheiben
4 und 6 sind auf den Getriebewellen 1 und 2 drehbar und axial verschiebbar
gelagert. Die Kegelscheiben 3 und 5
sind auf den Naben der Kegelscheiben
4 und 6 gelagert und drehfest mit- den Kegelscheiben 4 und 6
verbunden.
Die Kegelscheiben 3 und 5 sind über Längskugellager 7 und
8 gegen je einen Wellenbund 9
und 10 abgestützt, so daß
sie in axialer Richtung nicht ausweichen können. Zwischen den Keaelscheibenpaaren
3, 4 und 5, 6 auf den Getriebewellen 1
und 2 ist als übertragungsorgan
ein als Gliederkette 11 ausgebildeter endloserZugmittelstrangvorgesehen.
Man kann in bekannter Weise die übersetzung eines solchen Getriebes stufenlos ändern,
wenn man den axialen Abstand zwischen den Kegelscheiben 3, 4 verkleinert
und gleichzeitig den axialen Abstand zwischen den Kegelscheiben 5, 6 vergrößert,
so daß die Kette zwischen den Kegelscheiben 3, 4 auf einem größeren und zwischen
den Kegelscheiben 5, 6 auf einem kleineren Radius läuft, und umgekehrt.
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In den Stimflächen 12 und 13 der axial beweglichen Kegelscheiben
4 und 6 sind Kurvenbahnen 14 und 15 angeordnet, deren funktionswichtige
Flächen die Form von Schraubenflächen einsinniger, aber veränderlicher Steigung
aufweisen. Gleichartig gestaltete Schraubenflächen 16 und 17 sind
in die Stimflächen von mit den Getriebewellen. 1 bzw. 2 fest verbundenen
Kurvemnuffen 18 und 19 eingearbeitet. Zwischen den einander gegenüberliegenden
Kurvenbahnen 14 und 16 einerseits und 15 und 17 andererseits
liegen Kugeln 20 bzw. 21, die von je einem Kugelkäfig 22 bzw. 23 gehalten
sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel finden sich auf dem Umfang der Stirnflächen
von Kegelscheiben und Kurvenmuffen gleichmäßig verteilt je drei solcher Kurvenbahnen
und dementsprechend auch drei Kugeln. Das dargestellte Getriebe ist nur für eine
Drehrichtung vorgesehen, weshalb die Schraubenflächen 14/16 und 15/17 nur
in der einen Richtung ansteigen.
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Auf den Getriebewellen 1 und 2 sind außerdem je
ein Flügelkolben
24 und 25 vorgesehen. Diese Flügelkolbeii haben, wie Fig. 2 deutlich zeigt,
drei fest mit der Getriebewelle 1 bzw. 2 verbundene radial stehende Wände
26 bzw. 27. Sie sind von einem die Getriebewelle und die Wände
26 bzw. 27 umfassenden Gehäuse 28 bzw. 29 umgeben, das
diese Wände dicht umschließt und seinerseits radial nach innen gerichtete Wände
30 bzw. 31 aufweist, die mit den Wänden 26 bzw. 27 Druckkammern
32 bzw. 33 für die Druckflüssigkeit bilden, die durch Längsbohrungen
34 bzw. 35 und Radialbohrungen 36 bzw. 37 in die Druckkammern
eingeleitet wird. Aus der Darstellung ist ersichtlich, daß der Druck der Druckflüssigkeit
in den Druckkammem 32 ein Drehmoment im Sinne des eingezeichneten Pfeiles
Mi auf das
Gehäuse zum Flügelkolben24 auf der Getriebewellel ausübt.
Die Größe dieses Drehmomentes hängt bei gegebenen Abmessungen nur von der Größe
des Flüssigkeitsdruckes ab.
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Das Gehäuse 28 zum Flügelkolben 24 auf der Getriebewelle
1 und ebenso das Gehäuse 29 zum Flügelkolben 25 auf der Getriebewelle
2 ist drehfest mit der axial beweglichen Scheibe4 bzw. 6 durch eine Verbindungsmuffe
38 bzw. 39 verbunden, die aber gegenüber dem Gehäuse 28 bzw.
29 längsverschiebbar ist, während die Gehäuse zum Flügelkolben auf den Getriebewellen
1 bzw. 2 gegen axiale Verschiebung gesichert gelagert sind, was in Fig.
1
nur schematisch dargestellt ist.
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-Die hydraulische Steuerung dieses Getriebes besteht aus einer Zahnradpumpe
40, welche Druckflüssigkeit, z. B. öl, aus einem Vorratsbehälter 41, der
zugleich der ölsumpf des stufenlos verstellbaren Getriebes sein kann,
- ansaugt und einem Steuerschieber 42 zuleitet. In der Zuleitung ist ein
überdruckventil eingebaut, um den maximalen Förderdruck der Zahnradpumpe 40 begrenzen
zu können. Etwaige überschußmengen fließen dann über die Rücklaufleitung 43 in den
Ölsumpf zurück. Der Steuerschieber- 42 besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 44,
in dem längsverschiebbar eine Kolbenstange 45 mit vier Kolben 46a bis 46d längsverschiebbar
gelagert ist. Diese vier Kolben bilden drei Zylinderräume. Dem mittleren Zylinderraum
47 zwischen den Kolben 46 b und 46c wird das von der Pumpe gelieferte Drucköl zugeleitet.
In der Mittelstellung der Kolbenstange sind die beiden 1%'-olben46b und 46c von
je einer Ringnut im Steuerzylinder44 umgeben, die-geringfügig breiter ist
als die Breite dieser Kolben. De-shalb kann in der Mittelstellung der Kolbenstange
45 das in den mittleren Zylinderraum eintretende Drucköl durch die beiderseits der
Kolben 46 b und 46 c verbleibende Pingspalte in die Ringnuten 48 und 49 treten
und von da aus in die beiden seitlichen Zy-
linderräume 50 und
51 strömen. Von diesen beiden Zylinderräumen kann das öl in den Ölsumpf
41 über die Leitungen 52 und 53 zurückströmen. In der Rücklaufleitung
ist ein einstellbares überdruckventil 54 eingeschaltet, das im allgemeinen auf einen
sehr kleinen öffnungsdruck eingestellt ist.
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Von den beiden Ringnuten 48 und 49 führen je
eine Leitung
55 und 56 zu den Wellenbohrungen 34/36 bzw. 35/37 und damit
in die Druckkanrrnern 32 bzw. 33 der Flügelkolben. In der Mittelstellung
der Kolbenstange 45 wird der Druck in -den Druckkammern 32 und
33 durch die Einstellung des Überdruckventils 54 bestimmt.
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- Die Kolbenstange 45 ist an einem xWeiarmigen Hebel
60 angelenkt, dessen eines Ende 61 zur Betätigung von außen vorgesehen
ist, z. B. durch Hand oder eine Servosteuerung, während das andere- Ende
62 in eine Ringnut 63 am Umfang der axial beweglichen Kegelscheibe
6 eingreifL Die Wirkungsweise des beschriebenen Getriebes ist folgende: Es
sei angenommen, das Getriebe befinde i sich in der in der Zeichnung Fig.
1 dargestellten Stellung, wobei es etwa in der Übersetzungsstellung
1: 1 steht, und die Kolbenstange 45 befinde sich in der Mittellage. Es sei
weiterhin angenommen, das Getriebe werde an seiner Welle 1 in Richtung des
Pfeiles n. angetrieben, z. B. von einem Motor. Dann wirkt an dieser treibenden Welle
1 ein Drehmoment in Richtung des Pfeiles M,. Die getriebene Welle 2 wird
in Richtung des Pfeiles n2 gedreht, und es sei angenommen, daß diese getriebene
Welle irgendeine Maschine antreibe, die zu ihrem Antrieb ein bestimmtes Drehmoment
benötige, das nun auf die Getriebewelle 2 im Sinne des Pfeiles M, wirkt.
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Beim übertragen eines Drehmomentes vom Kegelscheibenpaar
5, 6 auf die getriebene Welle 2 wird an den Kurvenbahnen 15, 17 eine,
Umfangskraft wirksam, die eine dem Drehmoment proportionale und der jeweiligen Neigung
der Schraubenflächen entsprechende Anpreßkraft von den Kegelscheiben auf die Kette
11 ausübt. Dadurch wandert die Kette 11
ein wenig radial nach außen.
Dies hat zur Folge, daß die Kette 11 zwischen die Kegelscheiben
3, 4 auf der Getriebewelle. 1 tiefer eindringt. Die axial bewegliche
Kegelscheibe 6 wird in axialer Richtung auf die feststehende Kegelscheibe
5 zu bewegt. Diese axiale Ausweichbewegung der Kegelscheibe 6 auf
der Getriebe# welle 2 erzeugt über den zweiarmigen Hebel 60, der mit seinem
Ende 62 mit ihr verbunden ist, eine Verschiebung der Kolbenstange 45 im Steuerzylinder
44 in der Zeichnung nach links.
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Es sei hier angemerkt daß die beschriebenen Bewegungen der einzelnen
Teile gegeneinander nur außerordentlich geringfügig sind und praktisch keine übersetzungsänderung
des Getriebes herbeiführen. Wird nämlich die Kolbenstange 45 auch nur z. B. 1/io
mm nach links verschoben, dann wird dem in dem mittleren Zylinderraum 47 des Steuerschiebers
42 eintretenden Drucköl der Zutritt zur Ringnut 49 versperrt, während- gleichzeitig
dem Drucköl der Zutritt zur Ringnut 48 weiter geöffnet, dafür aber der übertritt
in den Zylinderraum 50 durch Verengung des Durchtrittsringspaltes verwehrt
wird. Die Folge davon ist, daß in der von der Ringnut 49 ausgehenden Leitung
56 zum Flügelkolben auf der getriebenen Welle 2 nur ein geringer Druck herrscht,
der im wesentlichen durch die Einstellung des Überdruckventils 54 bestimmt ist.
In der von der Ringnut 48 ausgehenden Leitung 55 zum Flügelkolben 24 auf
der Getriebewelle 1 aber herrscht ein wesentlich erhöhter Druck. Dieser Druck
wird auch in den Druckkammern 32 des Flügelkolbens wirksam, und zwar in der
Form, daß er auf die Wände 26 dem Diehmoment M, entgegengerichtete und auf
die Wände 30 in der Drehmomentenrichtung von M., wükende Kräfte auslöst.
Der Flüssigkeitsdruck ist dabei so hoch bemessen, daß das im Sinn M, wirkende Drehmoment
größer ist als das Motormoment. Somit wird über die Verbindungsmuffe 38 ein
überschußdrehmoment an die Kegelscheibe 4 abgegeben. Unter der Wirkung dieses überschußdrehmomentes
will das Kegelscheibenpaar 3, 4 der Getriebewelle 1 vorauseilen, was
wiederum bewirkt, daß die Kugeln 20 in der Anpreßeinrichtung auf der Getriebe-welle
1 an den Kurvenbahnen 14 und 16 aufwärts laufen. Dadurch entsteht
eine axiale Anpreßkraft, die eine Verschiebung der axial beweglichen Kegelscheibe
4 in Richtung auf die feststehende Kegelscheibe 3 zu verursacht. Dieser Bewegung
bietet aber die zwischen den Kegelscheiben 3 und 4 laufende Kette
11- Einhalt, die ja bereits unter der Wirkung der axialen Anpreßkraft -an
der Getriebewelle 2 tiefer zwischen die Kegelscheiben 3 und 4 eindringen
will und eine der von den Kugeln 20 erzeugten axialen Anpreßkraft entgegenwirkende
Spreizkraft auf die Kegelscheiben 3
und 4 ausübt. Das an der Kegelscheibe
4 wirkende überschußdrehmoment fließt über die Kurvenbahn
16
der Kurverunuffe 18 wieder in die Welle zurück, so daß Drehmomentengleichgewicht
eintritt.
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Das Drehmoment kann in der gezeigten Pfeihichtung von der Getriebewelle
1 auf mechanischem Wege allein nicht in die Kegelscheibe 4 geleitet werden,
weil dabei ja die Kugeln an den Kurvenbahnen herablaufen würden, womit die mechanische
Verbindung gelöst würde.
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Es stellt sich also zwischen der auf die Kegelscheibe 6 wirkenden
axialen Anpreßkraft, welche von der mechanischen Anpreßeinrichtung 19/21/13
auf der Getriebewelle 2 erzeugt wird, und der in der Anpreßeinrichtung
12/20/18 auf der Getriebewelle 1
erzeugten, auf die Kegelscheibe 4
wirkenden axialen Stützkraft über die Kette 11 ein Gleichgewichtszustand
ein, der durch außerordentlich geringfügige axiale Verschiebungen der beweglichen
Kegelscheibe 6
über die hydraulische Steuerung aufrechterhalten wird. Auf
der treibenden Seite wird das eingeleitete Drehmoment M, in voller Höhe durch die
in den Druckkammern 32 des Flügelkolbens wirkende hy-
draulische Kraft
unmittelbar auf die Kegelscheiben 3,4 übertragen. Die Anpreßeinrichtung auf der
Getriebewelle 1 hat lediglich die Aufgabe, eine axiale Stützkraft zu erzeugen,
welche der von der Kette 11 auf die Scheibe 4 ausgeübten Spreizkraft das Gleichgewicht
und damit die Scheibe 4 in ihrer für die gewählte Übersetzung erforderlichen axialen
Lage hält.
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Der Flügelkolben auf der Getriebewelle 2 ist hydraulisch entlastet,
wenn auch in dessen Druckkammern wegen des überdruckventils 54 ein geringer Restdruck
vorhanden ist. Das von der angetriebenen Maschine auf die Getriebe-wolle 2 wirkende
Drehmoment M2 wird über die Anpreßeinrichtung 19/21/13
auf die X egelscheiben
5, 6 übertragen, wobei gleichzeitig eine axiale Anpreßkraft entsteht, durch
die die Kegelscheiben 5 und 6 gegen die Kette 11 gepreßt werden.
Die Größe dieser axialen Anpreßkraft wird bestimmt durch das an der Getriebewelle
2 wirkende, Drehmoment M2 und außerdem vom örtlichen Neigungswinkel der Kurvenbahnen
15 und 17, an denen die Kugeln 21 in diesem Augenblick liegen. Dieser Arbeitspunkt
der Kugeln wiederum bestimmt die Lage der Kette 11 zwischen den Scheiben
5,6 und 3,4 und damit das übersetzungsverhältnis. Die Anpreßkraft ist also
auch von der jeweils eingestellten übersetzung abhängig.
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Es sei nun nur angenommen, das an der getriebenen Welle 2 wirkende
Drehmoment M2 vergrößere sich plötzlich, beispielsweise auf den doppelten Betrag,
dann wird auch die axiale Anpreßkraft doppelt so groß, und die, Kette
11 versucht unter der Wirkung diesergrößerenaxialenAnpressungzwischendenScheiben
5, 6 nach außen zu wandern. Die Folge ist eine Verschiebung der axial beweglichen
Kegelscheibe 6
nach links, wodurch im Flügelkolben 24 sofort ein steiler Druckanstieg
entsteht, weil ja auch die Kolbenstange 45 mit nach links bewegt wird. Es wirkt
also auf die Kegelscheibe 4 ein wesentlich höheres Drehmoment, welches dafür sorgt,
daß die Kegelscheibe 4 der Getriebewelle 1 und damit der K-urvenmuffe
18
vorauseiJ.en will. Dies hat zur Folge, daß die Kugeln 20 die Tendenz haben,
aufwärts zu laufen, wodurch aber die Kegelscheibe 4 entsprechend der erhöhten Spreizkraft
der Kette mit großer Kraft auf die Scheibe 3 zu angepreßt, d. h. abgestützt
wird. Es genügt hierzu eine außerordentlich geringe Verschiebung der Kegelscheibe
6 in der Zeichnung nach links, um wieder Gleichgewicht zwischen der doppelt
so hohen Anpressung an der getriebenen Welle 2 und dem erhöhten Drehmomentbedarf
an der treibenden Welle 1 herzustellen, wobei sich die Übersetzung des Getriebes
praktisch überhaupt nicht ändert. Gleiches gilt natürlich auch bei Verminderung
des Drehmomentenbe,darfs an der Getriebewelle 2.
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Eine willkürliche Übersetzungsänderung läßt sich durch Betätigung
des Endes 61 des zweiarmigen Hebels 60 herbeiführen. Bewegt man das
Ende 61 in der Zeichnung z. B. nach links, dann erzeugt man im Flügelkolben
24 auf der Getriebewelle 1 einen höheren Druck, was zur Folge hat, daß die
axial bewegliche Kegelscheibe 4 mit größerem Drehmoment angetrieben wird, der Getriebewelle
vorauseilt und deshalb von der Anpreßeinrichtung (Hochlaufen der Kugeln 20) mit
größerer Kraft als bisher in der Zeichnung nach rechts gepreßt wird mit der Folge,
daß die Kette zwischen den Kegelscheiben 3, 4 auf der treibenden Welle einen
größe ren Laufradius einnimmt, während sie zwischen die Kegelscheiben
5, 6
tiefer eindringt. Durch die axiale Bewegung der Kegelscheibe
6 nach rechts wird auch der Steuerschieber wieder in seine Normallage zurückgeführt,
so daß sich bei einer neuen Übersetzung ein neuer Gleichgewichtszustand zwischen
der Anpreßkraft an der GetriebeweRe 2 und der Stützkraft an der Getriebewelle
1 einspielt. Gleiches gilt selbstverständlich für eine willkürliche Übersetzungsänderung
in der anderen Richtung.
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Es kommt beim praktischen Einsatz solcher Getriebe nicht selten vor,
daß die über die Getriebe, welle 2 anzutreibende, das Getriebe an dieser Welle also
mit einem Drehmoment M, abbremsende Maschine plötzlich selbst anfängt, das Getriebe
an der Welle 2 anzutreiben. Beispielsweise treibt bei einem Kraftfahrzeug bei Bergauffahrt
der Motor die Getriebewelle 1 an, und über die Getriebewelle 2 werden die
Treibräder des Fahrzeugs angetrieben. Wird aus der Bergauffahrt nach Überwindung
der Steigung eine, Bergabfahrt, dann treibt nun das Fahrzeug das Getriebe an der
Welle 2 und über die Getriebewelle 1 auch den Motor an. Die Drehmomentenrichtung
hat also gewechselt. Es ist jetzt also die GetriebeweRe 2 zur Antriebswelle geworden,
und es wirkt dort ein Drehmoment in Richtung des gestrichelt eingezeichneten Pfeiles
M,'. In gleicher Weise ist die WeHel zur getriebenen Welle geworden, und dort wirkt
dementsprechend ein Drehmoment in Richtung des gestrichelt eingezeichneten Pfeiles
Ml'. In einem solchen Falle verhält sich das erfindungsgemäße Getriebe durch die
beschriebene Anordnung und Kombination der Kurvenrauffen, der Flügelkolben und der
hydraulischen Steuerung wie folgt: Die Getriebewelle 2 und damit die fest mit ihr
verbundene, Kurvenmuffe 19 versucht gegenüber dem Kegelscheibenpaar
5, 6 vorzueilen mit der Folge, daß nun die Kugeln 21 -geringfügig
an den Kurvenbahnen 115 und 17 abwärts laufen. Die axial bewegliche Kegelscheibe
6 kann sich dadurch in der Zeichnung nach rechts verschieben und die Kette
11 ein wenig tiefer zwischen die Kegelscheiben 5, 6 eindringen und dementsprechend
zwischen den Kegelscheiben 3, 4 einen größeren Laufradius einnehmen. Die
axial bewegliche Kegelscheibe 6 auf der Getriebewelle 2 nimmt bei ihrer Ausweichbewegung
nach rechts den
zweiarmigen Hebel 60 der hydraulischen Steuerung
mit, wodurch dem Drucköl aus dem Zylinderraum, 47 der Zutritt zur Leitung55 und
damit zum Flügelkolben24 auf der Getriebewellel abgesperrt wird, während gleichzeitig
für das Drucköl der Zutritt zur Ringnut 49 und damit zur Leitung 56 und dem
Flügelkolben 25 auf der Getriebewelle 2 geöffnet wird. Der Druck in den Druckkammem
32 des Drehkolbens 24 auf der Getriebewelle 1 geht also nahezu auf
Null zurück, so daß kein Drehrnoment mehr vom Flügelkolben auf die Scheibe 4 ausgeübt
werden kann. Das Drehmoment M:,' wird vielmehr jetzt von der Getriebewelle
1 über die Kurvenmuffe 18 und die Kugeln 20 auf die Scheibe 4 übertragen.
Die Anpreßeinrichtung übernimmt also in der Stellung, in der sie bisher stand, die
übertragung des abtriebsseitigen Diehmomentes M,", während der bisher druckentlastete
Flügelkolben 25 auf der Getriebewelle 2, die jetzt Antriebswelle ist, die
übertragung des Drehmomentes auf die axial bewegliche Kegelscheibe 6
übernimmt.
Die auf diese Weise vom Flügelkolben angetriebene Kegelscheibe 6 versucht
der Welle vorzueilen, so daß die Kugeln 21 der auf der Getriebewelle 2 angeordneten
Anpreßeinrichtung an den Kurvenbahnen 15 und 17 wieder emporlaufen
wollen, wodurch die Kegelscheibe 6 in der Zeichnung axial nach links. verschoben
wird und die tiefer eingedrungene Kette 11 wieder nach außen zu drücken versucht,
bis sich wieder Gleichgewicht zwischen der nunmehr von der Anpreßeinrichtung
18/20/12 auf der Ge.triebewelle 1 mechanisch erzeugten Anpreßkraft
und der auf der Getriebewelle 2 über den Flügelkolben 25 und die Anpreßeinrichtung
19/21/13 erzeugten Stützkraft eingestellt hat. Dabei sind nur ganz geringfügige
Relativbewegungen zwischen den Kurvenmuffen 18 bzw. 19 auf den Getriebewellen
1
und 2 und den zugehörigen axial verschiebbaren Kegelscheiben 4 und
6 erforderlich gewesen. Die Anpreßeinrichtungen brauchen also bei einer Drehmomentumkehr
nicht wie bei den bisher bekanntgewordenen Getrieben einen Umschlagweg zurückzulegen,
der bis zu 1001 betragen konnte, um ihre neuen Positionen auf gegensinnig
ansteigenden Kurvenbahnen zu erreichen. Es fallen also auch die schlagartigen Beanspruchungen
weg. Außerdem steht bei dem Getriebe gemäß der Erfindung di8 Kette auch beim Wechsel
der Drehmomentenrichtung dauernd unter einer Anpressung, die der Größe des Drehmomentes
und der gewählten übersetzung entspricht.
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Fig. 3 zeigt eine nur unwesentlich geänderte Ausführungsform,
die an Hand eines Teilschnittes. des Scheibensatzes auf der Getriebewelle
1 in der Darstellungsweise der Fig. 1 nachstehend erläutert wird.
An die Stelle der in Fig. 1 dargestellten Verbindungsmuffe 38 zwischen
Drehkolbengehäuse 28 und Kegelscheibe 4 ist hier ein mit der Kegelscheibe
4 verbundener Zylinder 70 getreten, der ebenfalls wieder mit dem Drehkolbengehäuse
28 drehfest, aber axial zu diesem verschfebbar angeordnet ist. Mit Hilfe
einer Dichtung 71 wird ein Druckraum 72 im Zylinder 70
gebildet,
der einerseits durch die Kegelscheibe 4 und andererseits durch das Drehkolbengehäuse
abgeschlossen ist. über die Längsbohrung 34 in der Getriebewelle 1 wird das
Drucköl über die Radialbohrungen 36 nicht nur den Druckkammern
32 des Drehkolbens 24, sondern über eine, weitere Radialbohrung
73 auch dem Druckraum 72 zugeleitet. In diesem Falle erzeugt also
der öldruck in den Druckkammern. des Drehkolbens 24 ein Drehmoment, das wie bisher
auf die axial bewegliche Kegelscheibe 4 übertragen wird, gleichzeitig aber erzeugt
der Öl-
druck in der Druckkammer 72 eine Axialkraft auf die bewegliche
Kegelscheibe 4 in Richtung auf die axial festgelegte, Kegelscheibe 3 zu.
Die Folge davon ist, daß die Anpreßeinrichtung 18/20/12 bei der Erzeugung
der auf die Kegelscheibe 4 wirkenden Stützkraft teilweise entlastet wird. Dieselbe
Anordnung, wie soeben beschrieben, findet sich bei dieser Ausführungsform selbstverständlich
auch auf der Getriebewelle 2. Im übrigen ist die Wirkungsweise in allen Teilen die
gleiche, wie sie an Hand der Fig. 1 und 2 beschrieben worden ist, lediglich
mit dem Unterschied, daß nunmehr die Druckflüssigkeit auf der jeweils treibenden
Seite auch noch eine axiale Stützkraft auf die bewegliche Kegelscheibe ausübt, um
die zugehörige Anpreßeinrichtung bei der Erzeugung dieser Stützkraft teilweise zu
entlasten.
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Eine weitere Ausführungsform für die Ausbildung des Drehkolbens ist
in Fig. 4 dargestellt, die ebenfalls einen Teillängsschnitt gemäß Fig.
3 durch den Scheibensatz auf Getriebewelle 1 zeigt. Hier besteht der
Drehkolben 80 nicht wie bei den ersten beiden Ausführungsbeispielen aus radial
stehenden, mit der Getriebewelle verbundenen Wänden und einem Drehkolbengehäuse
mit radial nach innen gerichteten Wänden, die mit den erstgenannten Wänden Druckkammern
bilden, sondern viehnehr aus einem mit der Getriebewelle fest verbundenen Steilgewinde
81 und einem Gewindegehäuse 82, das mit dem Steilgewinde
81 auf der Getriebewelle im Eingriff steht und im übrigen auf der Getriebewelle
drehbar und axial verschiebbar gelagert und mit einer Dichtung 83 der Getriebewelle
gegenüber abgedichtet ist, so daß ein Druckraum 84 entsteht. Das Gewindegehäuse
82 ist wiedetum wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 mit Hilfe
eines mit der axial beweglichen Kegelscheibe 4 verbundenen Zylinders 85 drehfest,
aber axial verschiebbar verbunden und ebenfalls nach außen durch eine Dichtung
86 abgedichtet, wodurch ein weiterer Druckraum 87 entsteht. über eine
Längsbohrung 88 und eine, Radialbohrung 89 kann das von dem hydraulischen
Steuerschieber gelieferte Druck81 in den Druckraum. 84 eintreten. Eine oder mehrere
Bohrungen 90 verbinden den Druckraum 87 des Zylinders 85 mit
dem Druckraum 84 des Gewindegehäuses. Erhöht sich beispielsweise durch eine Änderung
der Stellung des Steuerschiebers 45 (s. Fig. 1)
der Druck in den Druckräumen
84 und 87, dann wird das Gewindegehäuse 82 in der Zeichnung nach rechts
verschoben und muß sich dabei auf dem Steilgewinde im Uhrzeigersinn drehen. Diese
Drehung wird über den Zylinder85 auf die axial bewegliche Kegelscheibe 4 übertragen,
so daß hier ebenfalls ein Drehmoment vom Drehkolben 80 auf die axial bewegliche
Kegelscheibe auf der jeweils treibenden Welle unmittelbar übertragen wird, wie dies
bei den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen ebenfalls der Fall war. Gleichzeitig
erzeugt der Druck im Druckraum 87 in ähnlicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 3 eine Axialkraft, welche die Anpreßeinrichtung auf der jeweils
treibenden Welle -von der Erzeugung der Stützkräfte teilweise entlastet. Auch hier
ist der Scheibensatz auf Getriebewelle 2 in der gleichen Weise ausgebildet, und
die Wirkungsweise des Getriebes ist, abgesehen von
den oben geschilderten
Unterschieden in der Funktion des Drehkolbens, die gleiche, wie sie an Hand der
Fig. 1 in aller Ausführlichkeit beschrieben worden ist.
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Die Ausführungsform nach Fig. 4 ist insbesondere wegen rein konstruktiver
Vorteile bei der Fertigung besonders zweckmäßig.