DE2306700C3 - Reibungsgetriebe mit stufenlos veränderlichem Übersetzungsverhältnis - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Reibungsgetriebe zur Verwendung als sogenanntes Nullgetriebe. Unter dem Begriff Nullgetriebe wird im vorliegenden Zusammenhang ein Getriebe verstanden, dessen Steuerbereich den Wert 1 :0 für das Übersetzungsverhältnis enthält. Es werden ferner die Begriffe Primärachse und Sekundärachse verwendet, die wie folgt definiert werden: Unter Primärachse wird die Drehachse des in Richtung des Leistungsflusses letzten proportional /ur Eingangsdrehzahl und als Sekundärachse die Drehachse des ersten proportional zur Ausgangsdrehzahl rotierenden Teiles verstanden.

Bei einem bekannten Reibungsgetriebe nach dem fi» Ausgangspunkt der Erfindung (französische Patentschrift 1 245 647) liegen an einem Großkreis der angetriebenen Zentralkugel Mitnchmerrollen eines Antriebssystems an, dessen Drehachse gegen die Drehachse der Zentralkugel verschwenkbar ist. Dabei fts wird die in die Abtriebsachse fallende Komponente der Kugeldrehung zum Antrieb des Abtriebssystems benutzt. Dieses Getriebe ist jedoch nicht als Nullgetriebe verwendbar, da bei i= C! die Kugcldrehachse

nrmal a^f der Abtriebsachse stehen mußte, wobei

dann die AnSbswelle der Zentralkugel mit dem Ab-

^:rinSSÄchanderer bekannter Reibungsgetriebe^britische Patentschrift 579 241) beruht auf der n?rrhmesseränderung mindestens eines der wirksa-Sn Se se Jer Reibpartner. Soll der Wer. 1:0 ^ ,i~° Übersetzungsverhältnis erreicht werden, so „iuß e nVoiher Dufchmesser den Wert Null annehmen Dies bedeutet in der Prax.s eine gegenseitige Verdrehung zweier Reibpartner m einem Punkt. Da diese Verdrehung unter Last erfolgt, ist dies zwangläufig mit Verschleiß und kann schließlich m.t emer Materialzerstörung verknüpft sein.

Du ch Überlagerung einer konstanten Drehung mittels Summiergetriebe oder durch Betrieb als Um-EieÄönnen diese Reibungsgetriebe dennoch aL Nullgetriebe verwendet werden. Da aber der be, den bekannten Reibungsgetriebe« unvermeidlich auftretende Schlupf proportional der von den Reibpartnern überrollten Strecke ist, tritt be, diesen Anordnungen in der Umgebung des Nullpunktes e.n bezogen auf die Drehzahl der Abtriebswelle - unverhältnismäßig großer Schlupf auf, was die praktische W^ndbarklit solcher Getriebe als Nullgetnebe in ^FrDer^Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Nullgetriebe zu schaffen, dessen Schlupf sich in der Umgebung des Nullpunktes in fur die praktische Verwendung vertretbaren Grenzen hält. Sie geht von der Beobachtung aus, daß der zwischen zwei kugeligen Reiboartnern auftretende Schlupf wesentlich kleiner ist wenn diese normal zur Abrollrichtung, als wenn sie in der Abrollrichtung belastet sind

Bei einem erfindungsgemaß ausgebildeten Getriebe erfolgt die Kraftübertragung ausschließlich normal zur Rolirichtung an den Berührungspunkten der Reibpartner. Diese Berührungspunkte wandern während des Betriebs dauernd über die aktive Berührungsfläche, so daß eine gleichmäßige Abnutzung gegeben ist. Diese Berührungsfläche stellt eine Kugelzone dar. Es handelt sich ferner im Gegensatz zu den nach dem Differenzprinzip arbeitenden Getrieben, um ein symmetrisches Nullgetriebe ohne die zuvor genannten Nachteile. .

Die Erfindung und ihre Arbeitsweise ist nachstehend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierbei zeigt

Fiel eine Ausführungsform in einem Schnitt in der Schwenkebene der Primärachse, mit ungeschnittener Zentralkugel,

F i g 2 eine Ansicht in Richtung der mit χ bezeichneten Sekundärachse in Fig. 1 ohne Darstellung der

Zentralkugel, . .

Fig 3 und 4 die Ausführungsform gemäß Fig. und 2 in ähnlicher Darstellung unter Wiedergabe eines Antriebs für die Zentralkugel,

Fig 5 und 6 eine andere Ausführungsform in einei den Fig. 1 und 2 analogen Darstellung, und

Fig. 7 und « eine dritte Ausfülirungsform in glei eher Darstellung.

Die grundsätzliche Wirkungsweise der brfinduni ist nachstehend an Hand der Fig. 1 und 2 erläutert

In einem Gehäuse ! ist eine Abtriebswelle 2 un die sogenannte Sekundärachse drehbar gelagert Mi ihr fest verbunden ist eine Scheibe 3, in welcher We len 4 mit Gabeln 5 drehbar gelagert sind. Die WcI

Jen 4 sind zur WeJIc 2 parallel. In den Gabeln 5 sind Achsbolzcn 6 gehalten, um welche die Planeten 7, 7', 7", frei drehen können. Die Planeten 7, 7', 7" weisen kugelige Reibflächen 8 auf, deren geometrische Rotationsachse mit den Achsbolzcn 6 zusammenfällt. Die Reibflächen 8 liegen einer Zentralkugel 9 in Punkten 10 reibschlüssig an.

Zur Veranschaulichung der Arbeitsweise und der auftretenden Effekte ist ein rechtwinkliges Koordinatensystem eingezeichnet, dessen Ursprung mit dem Zentrum der Zentralkugel 9 zusammenfällt, dessen .v-Achse mit der Sektmdärachse zusammenfällt, und dessen _y-Achse zu den Achsbolzen 6 parallel ist. Die Parallelität der Achsbolzen 6 wird gewährleistet durch auf den Wellen 4 sitzende Stirnräder 11, frei auf in der Scheibe 3 befestigten Achsen 12 drehbare Zwischenräder 13 und ein zentrales, mit dem Gehäuse 1 fest verbundenes Zahnrad 14 von gleicher Zähnezahl wie die Stirnräder 11.

Es habe nun die Zentralkugel 9 - angetrieben durch hier nicht gezeigte Mitfei - die Winkelgeschwindigkeit ω, dargestellt durch den so bezeichneten Vektor, dessen Wirkungslinie durch den Ursprung des Koordinatensystems geht, und der in der Jc-y-Ebene liegt. Seine Lage ist im weiteren definiert durch seinen Winkel ψ gegenüber der x-Achse.

Es leuchtet ohne weiteres ein, daß sich die Winkelgeschwindigkeit ω in eine Komponente ω sin φ in der y-Achse und eine Komponente ω cos φ in der x-Achse zerlegen läßt.

Die Komponenten der an der Oberfläche der Zentralkugel 9 auftretenden Umfangsgeschwindigkeiten, die von ω sin φ herrühren, liegen ausnahmslos in der x-z-Ebene bzw. in einer dazu parallelen Ebene und können somit, wie man leicht sieht, nur zu einer Drehung der Planeten 7, 7', 7" um die Achsbolzen 6 führen.

Die Geschwindigkeitskomponenten dagegen, die von ω cos φ herrühren, liegen in der y-z-Ebene und können wiederum zerlegt werden in Komponenten parallel zur z-Achse, die auch höchstenfalls eine Drehung der Planeten 7, T, 7" um die Achsbolzen 6 bewirken können, und Komponenten parallel zur y-Achse. welche Kräfte bewirken, die die Planeten 7. 7', 7" längs der Achsbolzen zu verschieben trachten. Da diese aber durch die Gabeln 5 axial unverschieblich geführt sind, wird auf die Scheibe 3 eine Kraft ausgeübt, die ein Moment auf die Abtriebswelle 2 zur Folge hat.

Ein Berührungspunkt 10 kann bei der Drtliung der Abtriebswelle 2 nur auf einem Rollkreis 15 wandern. Seine Lage ist gegeben durch den Radius r und den Winkel ty zur z-Achse.

Die Umfangsgeschwindigkeit, die von ω cosy herrührt, hat in Punkten des Kreises 15 den Wert τω cos<p und weist die y-Komponente ra> cosy cosy auf. Diese Komponente wird auf die Abtriebswelle 2 als Drehung übertragen. Hieraus ist ersichtlich, daß sich die Abtriebswelle ungeachtet der augenblicklichen Lage der Berührungspunkte 10 mit der Winkelgeschwindigkeit ω cosqp drehen wird.

Da die Planeten 7 in den Lagen ψ = V₂ π und ψ = V-, π keine Kräfte übertragen können, sind zweckmäßig mindestens 3 symmetrisch über den Umfang des Rollkreises 15 verteilte Planeten vorhanden.

Wenn der Vektor ω in die y-Achse fällt, steht die

Abtriebswelle 2 still. Das Übersetzungsverhältnis ist

dann 1 : {). Fällt er hingegen in die Jt-Achse, so dreht

die Abtriebswelle 2 je nach Richtung des Vektors mit ω oder mit - ω. Der Regulierbereich erstreckt sich somit von +1:1 über 1:0 nach —1:1.

Es leuchtet ohne weiteres ein, daß die Kraftübertragung ausschließlich normal zur RoHrichtung an den

Berührungspunkten 10 erfolgt. Die Berührungspunkte wandern während des Betriebes auch dauernd über die aktive Berührungsfläche 8 der Rollkörper 7,

Bei voller Ausnutzung des Regelbereiches ist Cha-

'5 rakteristik des Übersetzungsverhältnisses i = cosy. Beschränkt man hingegen den Regelbereich auf eine genügend nahe Umgebung des Nullpunktes, so ist sie annähernd linear. Der Antrieb der ZentraJkugel 9 kann durch verschiedene Maßnahmen bewirkt werden. Einige Möglichkeiten sind im folgenden aufgezeigt, wobei Teile, die Teilen des Reibungsgetriebes nach Fig. 1 und 2 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

In den Fig. 3 und 4 ist ein Getriebe gezeigt, bei

dem der Steuerbereich nur in der Umgebung des Nullpunktes ausgenützt werden soll. In diesem Fall kann die Zentralkugel 9 fest auf dem Wellenende 16 eines Motors 17sitzen, der an einem Träger 18 mittels Zapfen 24 um die z-Achse schwenkbar ist.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 und 6 wird die Zentralkugel 9 durch Reibrollen 19, 19* angetrieben. Diese sitzen auf Wellen 20, 20', die über Stirnräder 21, 2Γ von einem Stirnrad 22 aus gleichsinnig angetrieben werden. Wellen 20, 20' und Rad 22 sind in einen Joch 23 gelagert, das an Zapfen 24', 24" in Ständern 25, 25' des Gehäuses 1 um die z-Achse um je 90" nach beiden Seiten aus der dargestellten Lage verschwenkt werden kann.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 und 8 erfolgt

4« der Antrieb der Zentralkugel 9 durch Reibscheiben 26, 26', deren gemeinsame Drehachse mittels der Kurbelschwinge 27 auf einem Kreiszylinder um die z-Achse geschwenkt werden kann. Die Scheibe 26 wird über ein Ritzel 28 von einem Ritzel 29 eines Motors 30 angetrieben, dessen Wellenachse in der z-Achse liegt. Die Scheibe 26' wird über Zahnräder 31, 32, 33, eine Welle 34, sowie Zahnräder 35, 36 gleichschnell aber gegensinnig zur Scheibe 26 angetrieben. Die Parallelführung der Drehachse der Scheiben 26, 26' wird durch das Joch 37, sowie die an diesem und am Gehäuse 1 angelenkte Schwinge 38 gewahrleistet.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 5, 6 und Fig. 7, X sind an Stelle der an der Abtriebswelle 2 befestigten Scheibe 3 zwei um in der Sekundärachse liegende, im Gehäuse 1 befestigte Achsstummel 2', 2" drehbare Stirnräder 3', 3" vorhanden, die je mit zwei Planeten 7,7' bzw. 7", T" ausgerüstet sind. Die beiden Plar.etenpaare 7, 7' und 7", T" (nicht dargestellt) sind

6i- bezüglich der Sekundärachse um 180° versetzt. Die Räder 3', 3" kämmen mit fest auf einer Vorgclegewclle 39 sitzenden Stirnrädern 40, 40', wobei die Vorgelegewclle 39 als eigentliche Abtriebswelle dient.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

2 306 700 Patentansprüche:

1. Reibungsgetriebe mit stufenlos von einem positiven Höchstwert über den Wert Null zu einem negativen Höchstwert veränderbaren Übersetzungsverhältnis, mit einer um eine in einer Ebene schwenkbaren Primärachse angetriebenen Zentralkugel und mindestens drei dieser reibschlüssig anliegenden, um eine in der Schwenkebene lie- J° gende Sekundärachse in festem Abstand kreisende Planeten, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibflächen (8) der Planeten (7, 7', T) kugelig sind und die Planeten um durch ihr Kugelzentrum gehende, zur Schwenkebene, (xy) der Zentralkugel (9) zwangläufig parallel geführte Achsen (6) frei drehbar sind.

2. Reibungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralkugel (9) durch zwei Reibrollen (19, 19') angetrieben ist, deren *° Achsen miteinander in zur Schwenkebene (xy) der Kugeldrehachse parallelen Ebenen um mindestens 180° schwenkbar sind.

3. Reibungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralkugel (9) durch »5 zwei mit gleicher Drehzahl gegenläufig angetriebene Reibscheiben (26,26') angetrieben ist, deren koaxial angeordnete Drehachsen auf einem Kreiszylinder mit einer die Schwenkebene (xy) der Kugeldrehachse im Zentrum der Zentralkugel (9) normal durchstoßenden Achse verschoben werden können.

4. Reibungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Sekundärachse (x) zu beiden Seiten der Zentralkugel (9) je ein drehbar gelagertes Teil (3) mit einem Satz (7,7'; 7", 7'") von Planeten angeordnet ist.

5. Reibungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralkugel (9) auf einer in einer Ebene (xy) schwenkbaren Antriebswelle sitzt.