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Kugelreiburigsgetriebe Es sind in ihrer übersetzung stufenlos veränderliche
Kugelreibungsgetriebe bekannt, bei denen die Kraftübertragung zwischen An- und Abtriebswelle
durch nur eine Kugel erfolgt, die zwischen zwei auf den Enden dieser Wellen befindlichen
Hohlkegelscheiben verschiebbar und durch eine in ihrer Größe in Abhängigkeit vom
abgenommenen Drehmoment veränderliche und damit steuerbare Druckkraft eingeklemmt
ist.
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Bei bekannten Bauarten derartiger Kugelgetriebe wird die Verschiebung
der Kugel und damit die Änderung des übersetzungsverhältnisses durch eine Steuerplatte
bzw. einen Käfig bewirkt., Diese Führungselemente für die Kugel befinden' sich zwischen
den Hohlkegelscheiben, und die Kugel wird von ihnen allseitig umfaßt. Durch Verschieben
der Führungselemente senkrecht zur Richtung der Achsen der Wellen wird die Lage
der Kugel zwischen den Hohlkegelscheiben und damit das übersetzungsverhältnis geändert.
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Man hat die bei derartigen die Kugel umfassenden Führungselementen
auftretenden Verschleißreibungen dadurch zu vermindern versucht, daß man zwischen
Steuerplatte und übertragungskugel ein Kugellager anordnete, das mit seinem Außenring
in der Steuerplatte sitzt und mit seinem Innenring die übertragungskugel käfigartig
umgreift.
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Die Verwendung eines Kugellagers ergibt aber gewisse konstruktive
Schwierigkeiten. Der radialen Verschiebung entspricht eine Kugelverschiebung in
axialer Richtung. Die Kugel darf also im Innenring des Kugellagers nur mit entsprechend
loser Toleranz gefaßt werden, so daß also die für den Innenring übliche feste Kugellagerfassung
nicht angewendet werden darf.
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Hierdurch entsteht der Nachteil, daß die Mitnahme des Kugellager-Innenringes
durch die Kugel nicht durch Festsitzverbindung, sondern nur durch eine punktförmig
wirkende Reibungskraft erfolgt. Diese Reibungskraft ist abhängig von dem Steuerdruck
zur Verschiebung der Kugel. Bei geringem Steuerdruck, wenn keine Drehzahländerung
vorgenommen wird, ist die Reibungskraft zwischen der übertragungskugel und dem Kugellager-Innenring
sehr gering, so daß zwischen beiden Teilen leicht ein Schleifen gegeneinander mit
schnellem Verschleiß eintritt, was sehr nachteilig ist. Auch wenn man zur Fassung
der Kugel in der Steuerplatte ein seitlich verschiebbares Rollenlager verwendet,
ist es nicht möglich, die Kugel im Innenring des Lagers mit Festsitz zu fassen,
denn dann würde die Kugel keine allseitige Lauffreiheit mehr haben, so daß die Kraftübertragung
stets auf den gleichen Laufkreisen der Kugel vorgenommen wird, was zu schnellem
Verschleiß führt, und außerdem schwingt die Polachse während der Kugelverschiebung
etwas. Wenn sie aber an dieser Schwingung verhindert wird, tritt eine Verschleißvergrößerung
zwischen der Kugel und der Hohlkegelscheibe auf.
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Alle bekannten, die Kugel umfassenden Führungselemente besaßen nicht
nur den Nachteil eines zwangläufig hohen Verschleißes, sondern erforderten auch
einen wesentlichen konstruktiven Aufwand. Beim Austausch dieser einem verstärkten
'Verschleiß unterliegenden Führungselemente ist die Demontage des Getriebes erforderlich,
da die Führungselemente die zwischen den Kegeln nicht herausnehmbare Kugel umfassen.
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Bei einer weiterhin bekannten Bauart von Kugelgetrieben war man bestrebt,
die geschilderten Nachteile zu vermeiden, indem die Wellen der Hohlkegelscheiben
als Hohlwellen ausgebildet wurden und innerhalb der Achsen dieser Hohlwellen einseitig
oder beidseitig die Kugel berührende Steuerstifte zur Veränderung der Eingriffsstelle
der Kugel zwischen den Hohlkegelscheiben axial verschiebbar angeordnet waren.
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Eine derartige Ausbildung eines Kugelgetriebes ist jedoch sehr kompliziert
und empfindlich und verlangt auch zur Betätigung der innerhalb der Hohlwellen angeordneten
Steuerstifte eine kostspielige Koristruktion. Außerdem geht durch die in den Wellen
angeordneten Steuerstifte so viel Platz von der Nutzfläche des Hohlkegels verloren,
daß dadurch der Verstellbereich zwangläufig eingeschränkt wird. Der letztgenannte
Nachteil bei dieser Bauart läßt sich auch nicht dadurch beseitigen, daß man den
Kegelwinkel der Hohlkegelscheiben vergrößerte, weil hierdurch keine nennenswerte
Vergrößerung des Verstellbereiches erzielt werden konnte, da bei dieser Bauart mit
wachsendem Kegelwinkel auch der Durchmesser der in den Kegeln angeordneten Steuerstifte
auf Kosten der Nutzfläche vergrößert werden müßte, um
die Kugel
durch die Steuerstifte überhaupt noch führen zu können.
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Die Erfindung betrifft ein Kugelreibungsgetriebe, bei dem die Kraftübertragung
zwischen An- und Abtriebswelle durch nur eine Kugel erfolgt, welche zwischen zwei
auf den Enden zweier Wellen befindlichen Hohlkegelscheiben verschiebbar ist. Die
Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die geschilderten Nachteile der bekannten
Kugelreibungsgetriebe zu beseitigen und ein Getriebe dieser Art zu schaffen, welches
bei einfachem und unempfindlichem Aufbau sowie langer Lebensdauer einen großen Regelbereich
ermöglicht. Die Erfindung geht dabei von der bekannten Bauart von Kugelreibungsgetrieben
aus, bei welchen zwischen zwei achsparallelen, exzentrisch zueinander versetzten
Hohlkegelscheiben eine Kugel als Übertragungselement und eine quer zu den Kegeldrehachsen
bewegbare Verstellvorrichtung angeordnet ist, durch welche die Lage der Kugel auf
den Kegelflächen und,damit das Übersetzungsverhältnis stufenlos verändert werden
kann, und besteht darin, daß die Verstellvorrichtung mit einem einseitigen quer
zu den Kegeldrehachsen verstellbaren Anschlag, welcher die Änderungen der Lage der
Kugel auf den Kegelflächen begrenzt, ausgebildet ist.
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Das Getriebe nach der Erfindung zeichnet sich durch einen besonders
einfachen und unempfindlichen Aufbau aus, welcher auch eine einfache Montage und
eine leichte Auswechslung der Verstellvorrichtung ermöglicht. Weiterhin tritt bei
dem Getriebe nach der Erfindung keine zusätzliche Hemmung des Kugelablaufs und kein
zusätzlicher Verschleiß durch die Kugel umfassende Führungselemente auf, so daß
das übersetzungsverhältnis konstant gehalten werden kann. Die Bewegung der Kugel
von einer Einkeilseite auf die andere bei Drehrichtungswechseln erfolgt ungehindert
und ohne gefährliche Schläge, was insbesondere von Bedeutung ist, wenn diese häufig
und plötzlich auftreten, wie es bei verschiedenen Anwendungsfällen derartiger Getriebe
verlangt wird. Ein weiterer bedeutsamer Vorteil, welcher durch die Erfindung erzielt
wird, besteht jedoch darin, daß die Wahl eines sehr flachen Winkels der Kegelscheiben
von beispielsweise bis zu 15'
ermöglicht wird, wobei die Kegelnutzfläche nicht
wie bei der bekannten Bauart von Getrieben mit innerhalb der Wellen angeordneten
Steuerstiften beschränkt ist und ein Verstellbereich von etwa 1 : 9
erreichbar
wird. Der große Kegelwinkel hat außerdem den Vorteil einer Verringerung von Reibung
und Verschleiß im Vergleich zur übertragenen Leistung und läßt damit einen hohen
Wirkungsgrad und eine lange Lebensdauer erreichen.
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Einen weiteren Vorteil bietet die Erfindung für solche Reibgetriebe,
die infolge von Einbauverhältnissen starker Erwärmung ausgesetzt sind. In den Fällen,
in welchen der Werkstoffausdebnungskoeffizient des Getriebegehäuses größer als der
von Lagern, Kegeln und Kugel ist, vergrößert sich bei Erwärmung der Weg für das
Einkeilen der Kugel, wenn man ein gleiches Drehmoment voraussetzt. Wechselndes Drehmoment
oder wechselnde Drehrichtung können auch unter diesen Bedingungen von dem erfindungsgemäßen
Reibgetriebe ohne Nachteil in Kauf genommen werden. Dagegen ist die Führung der
Kugel in den bekannten, die Kugel umfassenden Führungselementen unter diesen Bedingungen
gefährlichen Schlägen ausgesetzt.
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Eine beispielsweise Ausführung eines erfindungsgemäßen Reibgetriebes
ist in der Zeichnung veranschaulicht, und zwar mit der Einstellung des größten Übersetzungsverhältnisses
ins Langsame. Im Gehäuse 1 sind der antriebsseitige Hohlkegel 2 und der abtriebsseitige
Hohlkegel 3 gegenüberliegend und exzentrisch zueinander versetzt radial und
axial gelagert. Zwischen den Hohlkegeln 2 und 3 ist die Kugel 4 angeordnet,
welche sich in bekannter Weise selbsttätig bei Drehung des antriebsseitigen Hohlkegels
2 so einstellen will, daß sie am antriebsseitigen Hohlkegel 2 auf einem möglichst
kleinen und am abtriebsseitigen Hohlkegel 3 auf einem möglichst großen Radius
der Kegelflächen 5 und 6 abläuft. Dieser Tendenz, nämlich am abtriebsseitigen
Hohlkegel 3 bei niedrigstmöglicher Drehzahl das größtmögliche Drehmoment
erzeugend auf den größtmöglichen Radius zu wandern, folgt die Kugel 4 so lange,
bis sie an den einzigen Anschlag 10 des Bolzenkopfes 9 der Verstellvorrichtung
8 anliegt. In dieser Stellung wird sie von einem gleichbleibenden oder steigenden
Antriebsdrehmoment, welches das an sich bekannte Einkeilen zwischen den Hohlkegeln
2 und 3
bewirkt, gehalten und gegen den Anschlag 10 der Verstellvorrichtung
8 gedrückt.
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Durch Verstellung des Anschlages 10 kann der Bewegungsbereich
der Kugel 4 in den verschiedenen Lagen zwischen den Hohlkegeln 2, 3 begrenzt
und damit das übersetzungsverhältnis zwischen den Hohlkegeln 2, 3 verändert
werden.
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Die Kugel 4 bleibt dabei in Berührung mit den Mantellinien der Kegelflächen
5, 6, sie darf jedoch keinesfalls die Kegelmantellinie 7 berühren.