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Kugelreibgetriebe mit umlaufenden Kegelrollen.
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Die Erfindung betrifft ein stufenloses Übersetzungsgetriebe mit willkürlicher=
und ,vor allem, automatischer einstellung des Ubersetzungsve£htältnisses in Abhängigkeit
von der jeweiligen Belastung. Solche Getriebe sind vor allem im Kraftfahtzeugbau
unter dem Namen "Getriebeautomatik bekannt und beluhen meistens auf einer Kombination
von einem Strömungs- und rghalt= getriebe. Sie sind nur bei größeren Motoren wirtschaftlich
aufwendig in Konstruktion und Wartung und kraftverzehrend.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe ein Getriebe auf rein mechanischer
Grundlage zu entwickeln, von einfacher und biltt liger Konstruktion und von solch
gedrängter Bau art,daß es selbst in dem extremen Fall, in den weit verbreiteten
Heimwerker-Bohrmaschinen, als Drehmomentwandler eingesetzt werden kann und dort
die Drehzahl automatisch, je nach Belastung regelt, während die Drehzahl des Elektromotors
konstant bleibt und deshalb auch die Anwendung von einfachen Kurzschlußmotoren ohne
Leistungsverlust erlaubt.
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Mechanische, stufenlose Ubersetzungsgetribe beruhen meist auf dem
Prinzip, daß das drehmoment von einem segel über ein unveränderliches Übertragungsglied
auf einen zweiten segel entgegengesetzter wichtung ,aber gleicher Neigung übertragen
wird9
Kugelreibgetriebe v. H. Rübel wobei durch axiale Verschiebung
des tbertragungsgliedes das Verhältnis der beiden Laufbahnen auf den beiden Kegeln
und somit das ersetzungsverhältnis verändert wird.
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Am bekanntesten ist hier der Riemen= oder Seilantrieb,dem aber mancherlei
Nachteile,vor allem der große Platzbedarf und der große Verschleiß anhaftet. Es
lag daher nahe,als solche Übertragungsglieder Rollen oder Kugeln zu verwenden und
es gibt eine Reihe von Konstruktionen,die als"Sugelreibgetriebe eine solche stufenlose
Kraftübertragung versuchen. Besonders bemerkenwort ist eine bekanntgewordene Anordnung
einer größeren Anzahl von im Kreis gelagerten Kegelrollen, abwechselnd in entgegengesetzter
Richtungaber gleicher Neigung, deren Wellenen= den ,wiederum abwechselnd nach der
einen und derfaXeren Seite mit Zahnrädern versehen sind, die das Drehmoment auf
ein zentrales Zahnrad und damit auf die Abtriebswelle übertragen.
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Eine andere Lösung verwendet axial wirkende Federn um die Kugeln
in die Zwischenräume zwischen äußeren Hohlkegel und inneren Zentralkegel zu pressen.
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In vorliegender Erfindung werden ebenfalls eine größere Anzahl von
Kegelrollen im Kreis gelagert und ihr Drehmoment durch Zahnräder auf die Abtriebswelle
übertragen . Aber sie sind sämtlich gleichgerichtet. in die Zwischenräume zwischen
zwei benachbarten Kegelrollen werden Kugeln durch einen auf genu= teter Welle axial
verschiebbaren Zentralkegel durch eine starke Axialfeder angedrückt. Da sich die
Zwischenräume zwi> schen den benachbarten Kegelrollen erweitern, beikommt der
zentrale segel eine stärkere Neigung.
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Kugelreibgetriebe v. H. Rübel.
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Das läßt sich ganz exakt herstellen ,indem man statt der Kugeln einen
zylindrischen Schleifkörper mit dem Durch= messe der tbertragungskugel einsetzt
un damit die Flanken der Kegel einschleift. Die Kegelrollen sind in bekannter weise
zwischen zwei Scheiben gelagerhdie durch Rohrstücke oder Rippen in Abstand gehalten
werden. Bei Antrieb des zentralen Kegels sind diese mit dem gehäuse fest verbunden
und bilden einen leil deselben. Bei größeren Getrieben sind in diese Scheihen Kugellager
eingesetzt , bei kleineren,we deren Größe durch den verfügbaren Raum auf dem Teilkreis
brgrenzt ist,werden die Wellen der Kegelrollen in Kunststofflagern geführt, die
Belastung aber, nach weiterer Erfindung durch ein system von Ringen und Rollen aufgefangen.
zu diesem Zweck sind auf den Kegelrollen Laufbahnen eingedreht,die auf der einen
oeite an einentrei beweglichen Ring anliegen, auf der anderen Seite sich auf zwei
Rollen abstützen ,die eben falls an einem weiteren Ring sich abwälzen. Die Kegelrollen
sind somit durch drei Punkte in ihrer Lage festgelegt.
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Die Übertragungskugeln sind erfindungsgemäß durch rei= kantige Käfige
eingeschlossen,die an den beiten runde Öffnungen haben, durch die die Kugeln ragen
und auf den drei Kegelflächen abrollen. Sämtliche Einzelkäfige sind durch eine wurmfeder
miteinander verbunden,die dadurch auf das schmale Ende der Kegel in der Mitte gezogen
werden. Da die Belastung der Käfige gering ist und im wesentlichen inder Überwindung
der Sederspannung der Zug= bzw. Wurmfeder besteht,konnen die Käfige leicht gehalten
werden und lassen sich aus S@hlblech
Kugelreibgetriebe v. H. Rübel.
ausstanzen und in die dreikantige sorm pressen. mine Seite des käfigs kann zu einem
Hebel verlängert und an eine Ringhülse angelenkt werden . Der ,bei seitlicher Verschiebung
der Kugelkäfige sich ändernde Abstand derselben von der zusammen fassenden Ringhülse
wird durch eine relative Drehbewegung derselben ausgeglichen.
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Nach weiterer Erfindung ist eine geeignete Vorrichtung - Hebel, excentischer
Nocken oder Drehring mit keilförmigen Nocken - angebracht, die den Zentralkegel
entgegen der Andrückfeder von den kugeln abhebt und so eine kupplung darstellt.
Wird sie durch eine entsprechende Anordnung mit dem Verschiebemechanismus verbunden'so
wird die Betätigung derselben wesentlich erleichtert.
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Wird nach weiterer Erfindung nicht der zentrale Kegel, sondereder
Kegelrollenträger,der gesondert auf dem Gehäuse gelagert wird, aber auch ohne diese
gesonderte Lagerung durch die auf dem feststehenden Zentralkegel sich abwälzenden
Ubertragungskugel bereits eine Lagerung hat, vorzugsweise durch ein zahnrad angetrieben,
so werden die Ubertragungskugeln mit herum , durch d'ie Zentrifugalkraft nach außen
geschleudert und samt den Kugelkäfigen entlang der Schräge des mentralkegels in
axialer Richtung bewegt. Bei entsprechender uvahl der Kegelneigung, der Federspannung
der Wurmfeder und dem gewicht der Kugeln wirken letztere als Fliehgewichte und stellen
bei bestimmter brehzahl,die konstant gehalten werden kann, automatisch das entsprechende
Ubersetzunrsverhältnis ein und wirken so als D r e h m o m e n t w a n d 1 e r Das
läß sich auch verwirklichen,wenn anstatt eines zentralen Kegels innerhalb der auf
dem Kegelrollenträger gela= gerten Kegelrollen,ein außerhalb derselben angeordneter
tugelreibgetrieb
v. u. dübel Hohlkegel verwendet wird. Auc-h dieser ist seitlich verschieb= bar,
aber gegen Verdrehen gesichert, im gehäuse gelagert und wird entweder durch eine
im Zwischenraum zwischen Gehäuse und hohlkegel eingesetzte Schraubent der oder am
Ende dds Ge= häuses montierte Tellerfedern auf die Kugeln gedrückt.
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Dieser Druck kann durch einen Drehring mit keilförmigen Nocken,die
auf entsprechende Nasen des Hohlkegels einwirken, aufgehoben und dadurch ausgekuppelt
werden. Die willkürliche für die Veränderung des tbersetzungsverhältnisses nötige,
seit= liche Verschiebung der kugeln in ihrem gehäuse geschieht ver= zugsweise durch
eine Schraubenspindel und einem entsprechenden Gewinde auf der Ringhülse, an den
die Kugelgehäuse mit ihrem verlängerten Hebel angelenkt sind. wo der Antrieb oder
auch der Abtrieb über ein Zahnrad erfolgt, ist diese Schraubenspindel von außen
leicht zugänglich.
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Werden zwei solcher Getriebe hintereinander geschaltet, so läßt sich
das Übersetzungsverhältnis beliebig vergrößern9 Werden statt der einfachen segel
Doppelkegel, verwendet,so erhöht sich die Anzahl der Kugeln und verbessert sich
sich die Haftung derselben auf den Kegelflächen Um dieser bes= seren haftung willen
können diese mit einem griffigen Belag, wie etwa die Brems oder Kupplungsbeläge,
versehen ###### und die Kugeln aus einem elastischen Material her= gestellt werden,
sodaß nicht meht Punkt sondern leichte Flächenberührung hergestellt wird. Dem sind
allerdings dadurch Grenzen gesetzt daß nicht n t schädliche reibung mit Erwärmung
und Leistungsverlust entsteht..
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zine besonders interessante Anwendung findet dieses Getriebe im Kraftfahrzeugbau:
Hier werden zwei Getriebeteile so verwendet, daß der antrieb auf zwei miteinander
verbundene
Kugelreibgetriebe v. H. Rübel Kegelrollenträger gemeinsam
erfolgt, der Abtrieb aber erin= dungsgemäß für jede Achshäfte gesondert. Da jede
Hälfte einen Drehmomentwandler darstellt,dessen Geschwindigkeit sich automatisch
nach der Belastung regelt, bildet das Aggregat zugleich ein Differenzial-Ausgleichsgetriebe,
mit übersetzung und kupplung in einem Block.
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Das oben beschriebene Kugelreibgetriebe soll an ff.
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drei Kenstruktionsbeispielen erläutert werden.
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Figur 1-3 zeigt ein Getriebe,das als Versatz zu einer Bohrmaschine
Verwindung finden kann: Fig. 1 im Längsschnitt, Fig 2 im Querschnitt nach Linie
II - 11 und Fig 3 den Querschnitt durch das Lagerungssystem nach Linie III - llI
Das gehäuse io besteht aus dem glocgenförmigen Teil mit dem Durchlaß für das freie
Wellenende eines elektrischen Antrieb= motors und dem, durch die flanschen 11 mit
ihm verschraubten Deckel mit dem kräftigen Kugellager 12 der Abtriebswelle 13 .
Der Zylindriwche Gehäusemantel trägt auf dem Umfang gleich= mäßig verteilt,axiale
Schlitze 19,durch die ein lappen 21 ragt, der auf einem King 18 befestigt ist und
an den die Hebel der Kugelkäfige 43 angelenkt sind Um den Zylindermantel ist eine
Schraubhülse 17 mit einer schraubenförmigen Nut innen an= geerdnet,durch deren Drehung
die Kugelkäfige axial verstellt werden können. Der überstehende Kand an der Antriebsseite
ist gewellt. An ihm liegt ein hebel 26 an, über den ein parallel zur Antriebsachse
eingestzter Stift 28 gegen den zentralen Kegel 20 bewegt und dadurch dieser entgegen
dem axialen Federdruck von den Kugeln abgehoben werden kann.
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Kugelreibgetrieb v. H. Rübel Bei dem, zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses
erforderliche Drehen der außen gerändelten Schroabhülse wird auto= mtisch der Zentralkegel
von den Kugeln abgehoben , wodurch das schalten wesentlich erleichtert wird..
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Auf der Antriebswelle 16, die an ihrem freien Ende genutet ist ein
innerer Zentalkegel, drehverbunden, dech axial ver schiebbar , aufgeschoben. in
seinem inneren Hohlraum ist eine starke Andruckfeder 22 eingesetzt, die sich auf
dem, auf die Antriebswelle geschraubten und gesichertn , Stützring 23 abstützt und
den Kegel gegen die Kugeln 42 anpreßt.
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Dießer Andruck kann,wie oben schen erwähßit, durch den hebel 26 und
Stift 28 aufgehoben und so ein Kupplungseffekt erzielt werden. Um den zentralen
Kegel 20 herum sind im preise Kegelrellen 34 zwischen dioden und Deckel des Gehäuses
1. gelagert. Um der begrenzten Platzverhältnisse willen sind hier Kunststofflager
36 vorgesehen, in die die Wellen 35 der Kegelrollen 34 gelagert sind und vor allem
die Axialkräfte aufnehmen . Für die Aufnahme der Radialkräfte und des Drehmoments
ist ein Rollen-Ringsystem vertesehen,wie es Fig 3 zeigt: Auf den Kegelrollen ist
eine Laufbahn 37 eingedreht, die an einem frei drehbaren King 37' und auf der anderen
Seite an zwei Distanzrollen an liegt,die sich wiederum auf den frei beweglichen
Hing 37 abstütztn.. wischen dem zentralen Innenkegel und den wegelrollen wälzen
sich die Ubertragungskugeln 42 ab. nie sin= ken bei seitlicher Verschiebung immer
tiefer in die Lücken zu zwischen zwei benachbarte Kegelrollen ein. . Die Kugeln
Kugelreibgetriebe
von H. Rübel. sind eingeschlossen jeweils In einen kugelkäfig 43. Da diese sugelkäfige
keine großen kräfte aufzunehmen haben, können sie leicht gebaut sein und werden
lt erfindung aus einm Stück Stahlblech gestanzt und dreikantig gepreßt. Sie haben
an drei Seiten runde fenster , durch die die Kugeln ragen und sich frei auf Zentral=
und und je zwei Kegelrollen abwälzen.
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Miteinander verbunden sind die Käfige durch eine Zug= oder Wurm= feder
44, die sämtliche Käfige miteinander verbindet und zu= gleich auf die schmale Seite
des Zentralkegels hinzieht.
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Um der besseren Griffigkeit können die Kegelflächen mit einme geeigneten
Material wie etwa die Bremsbeläge beschichtet und die Kugeln aus elastischem Material
hergestellt sein.
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Die eine Seite des Kugelkäfigs wird zu einem Hebel verlängert und
auf der Ringhülse 18 angelenkt. Der bei seitlicher Verschie= bung der Kugelkäfige
sich ändernde Abstand von der Mittelachse wird dabei durch eine relative Drehung
dieser Ringhülse ausgeglichen. Wird nun der zentrale Innenkegel still= gelegt und
statt dessen der Kegelrollenträger 30 mit den darin gelagerten Kegelrollen angetrieben,
so werden die Kugeln mit herumgeschleudert,durch die Zentrifugalkraft nach außen
getrietn und schließlich an der Kegelfläche entlang axial bewegt Sie wirken dabei
als Fliehgewichte und erzielen die Wirkung eines Drehmomentwandlers,der das Übersetzungsverhältnis
je nach der Belastung bei gleichbleibender Antriebsgeschwin= digkeit automatisch
einstellt. Das ist ebenfalls möglich wenn statt des Jnnenkegels ein Hohlkegel außerhalb
des Kegel rollenkranzes gewählt wird. Eine solche Konstruktion zeigt Sig. 4 und
5 ,nämlich eine Bohrmaschine mit automatischer Drehzahlregelung und zusätzlich mit
willkürlicher Verstellung des stufenlosen Übersetzungsverhältnisses. Das Gehäuse
10
sugelreibgetriebe ven n. dübel ist quergeteilt und mit den flanschen
11 miteinander verschraubt. Auf der einen Seite geht das freie Ende des Antriebmotors
58 hindurch, auf der anderen Seite befindet sich das kräftige Kugellager 12 der
Abtriebswelle und das darauf montierte Zahnrad 41 , das auf einer Verbreiterung
des zentralen Zahnrads 4o kämmt. Durch diese Anordnung ist der Weg frei zur Mittelachse,
wo durch das Handrad 45 die Schraubenspindel 26 / 17 gedreht und dadurch die seitliche
Verstellung der Schraubhülse 18,an die die Kugel käfige angelankt sind, bewerkstelligt
werden.
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Der zentrale Hohlkegel 20 ist innerhalb des Gehäuses io an dessen
zylindrischen Jnnenwand ,seitlich verschiebbar,aber durch Belzen 21 in entsprechender
Ausfräsung gegen Ver= drehen gesichert,eingesetzt. Im Hohlraum zwischen Außenmantel
des Hohlkegels 20 und der sich verjüngenden inneren Zylinder= fläche des Gehäuses
io ist die Andrückfeder 22 untergebracht Sie drückt die Kugeln 42 gegen die im Träger
30 gelagerten Kegelrollen 34. Die Lagerung derselhen geschieht zunächst in den Kunststoffbüchsen
28 und 28 ', ist aber schen ge= geben durch die kranzförmig angeordneten tbertragungskugel
und wird weiter verstärkt durch das in Fig. 3 gezeigte Rollen= system. Auf den Achsen
35 der Kegelrollen sind an ihren schmalen Ende, die Zahnräder 39 angebracht, die
ihr Dreh= moment auf das zentrale Zahnrad 40 übertragen . Wenn um diet se Zahnräder
ein weiterer Zahnkranz
39' herumgelegt wird'so dient dieser ebenfalls der Verstärkung des Lagerungssystems.
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Kugelreibgetriebe von H. Rübel Die Kugelkäfige 43 sind mit ihren zu
einem Hebel ver= länferten Seitenteil an einen Drehring 17 angelenkt und durch die
bchraubenspindel 17 durch Drehen des Handrads 27 seitlich verschiebbar. im Bereich
des handgriffs 49 der Bohrmaschine befindet sich der Habel 26 eines @xzenters, der
das Auskuppeln mit der einen Hand bewirkt,während die andere das handrad zur Einstellung
des tbersetzungsverhätt= nisses bedient. Soll freilich das Getriebe lediglich als
Drehmomentwandler benützt werden
, kann dieser Verdtellmechanisnus entbehrt werden. Dann kann auch das Kugellager
12 direkt auf die Welle des Mitellzahnrads 40 aufgesetzt und darauf das Bohrfutter
50 befestigt werden.
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Wenn man nun das Getriebe nach Fig 1 - 3 mit angetriebenen Innenkegel
mit dem Getriebe 4/5 derart miteinander verbindet, daß das zentrale Zahnrad 40 direkt
gleichaxig auf dem zweiten Kegelrollenträger sitzt, so wird der Übersetzungspielraum,
der etwa bei einem grenzwert von 1 :4 liegtlum ein mehrfaches erweitert. Statt der
einseitigen segel können auch ßoppel= kegel verwendet werden, wodurch die Haftung
der Kugeln auf den Laufflächen der kegel wesentlich verbessert wird.
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Eine besonders günstige Lösung und Anwendung im Kraftfahrzeugbau
ist in Fig. 6/7 dargestellt. Hier sind 2 Getriebe nach Fig 4/5 so miteinander verbunden,
daß der kegelrollenträger der einen Seite mit dem der anderen Seite fest verbunden
und gemeinsam über ein Kegelzahrend 47 ange= trieben wird , der Abtrieb aber für
jede etriebehälfte gesons= dert auf je eine schshälfte der Autoräder erfolgt. Da
jede uetriebehälfte sich als Drehmomentwandler automatisch nach der Belastung einstellt,
ist mit dieser Anordnung ein
Kugelreibgetriebe von H. Rübel Differenzial
- Ausgleichsgetriebe geschaffen.
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Fig. 6 zeigt dieses Getriebe im Längsschnitt, Fig 7 im Querschn schnitt
, in der Mittelebene . Die beiden Gehäusehälften 10 sind mit ihren Flanschen miteinander
verschraubt, Am moden dieser glockenförmigen Gehäuseteile sind entspechende Erweiterungen
für die Kugellager 12 der Abtriebachsen 13 angebracht. Auf dem zylindrischen Umfang
der Gehäuse sind Ringe 17 -analog wie in Fig 1 - angebracht mit keilförmigen N.cken.
Diese heben beim Verdrehen den axial beweglich in Gehäuse 1o gelagerten Hohlkegel
von den Kugeln ab indem sie auf die durch Längsschlitze 19 ragende ,auf den Hohlkegeln
geschraubte Bolzen 21 einwirken und so als Kupplung dienen. Der Antrieb erfolgt
durch die Welle 16,die in den Kugellagern 15 und 15' gelagert ist. Auf ihr sind
Kegelzahn= räder 47 drehbar gelagert und stehen lndauernden Eingriff aus auf dem
Zahnkranz 51 am Kegelrollenträger 30. Die Antriebs= welle ist außermittig angebracht
um Raum zulassen für das, beide Kegelrollenträger verbindendes Rohrstück 52. Herstel=
lungsmäßig besteht der vereinigte Kegelrollenträger aus je einer Lagerscheibe 31
und 31' außen und einem Mittelstück mit den beiden Lagerscheiben 32 und 32' und
dem Verbindungsrohr 52 ,sowie den Abstands rohren oder Rippen 33 . Diese drei Teile
werden durch einen durchgehenden Schrauben= bolzen 46 verbunden . Die abgedrehten
Enden dieses Bolzens ragen in die Wellenenden 13 ein und stützen den Kegelrollenträger
gegen Axialdrücke ab,während die übrige Lagerung durch ein System der Ubertragungskugeln
hergestellt wird.
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Auf der AntriebswelJe 16 ist eine Hülse 53 mit Klauen an
Kugelreibgetriebe
von H. Rübel an beiden Enden, drehgesichert durch Nuten auf der Welle 16, aber seitlich
verschiebbar, aufgezogen. Durch den Hebel 55 kann diese Hülse seitlich verschoben
und so jeweils mit ihren Klauen in entsprechende Klauen an den Kegelzahn= rädern
47 in Eingriff gebracht werden . Das ganze stellt eine Art Wechsel getriebe für
Verwärts- Leerlauf und Rückwärtsgang dar. Somit ist einem Block stufenloses Über
setzungsgetriebe, Drehmomentwandler, Kupplung , Differenzial und Wechselgetriebe
vereinigt.
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P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Kugelreibgetriebe mit im Kreis gelagerten
Kegelrollen, an deren Wellenenden Zahnräder angebracht sind, die ihr Drehmoment
auf ein zentrales Zahnrad (40) übertragen und einer axial wirkenden Feder (22) zum
Anpressen der Kugeln (42) auf die Kegelrollen (34) gekennzeichnet durch einen axial
verschiebbaren Kegel (20), der entweder von innen oder als Hohlkegel von außen,
Übertragungskugeln (42) in die Lücken der im Kreise gelagerten Kegelr.llen (34)
preßt und auf diese das Drehmoment überträgt,wedurch die Kugeln an drei Laufflächen
anliegen und so si= chere Führung haben.