DE2736553A1

DE2736553A1 - Reibungsgeschwindigkeitswechselgetriebe

Info

Publication number: DE2736553A1
Application number: DE19772736553
Authority: DE
Inventors: Raymond Sharpe
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1976-08-14
Filing date: 1977-08-13
Publication date: 1978-02-16
Also published as: GB1600972A; IT1083920B; JPS5377959A; FR2361581A1; DE2736553C2; US4281559A; JPS6231223B2; FR2361581B1

Description

- 3 COHAUSZ & FLORACK

PAiaNVANWALT£,BÜRJ * SCHUMANNSTR. 97 · D-4OOO DÜSSELDORF 6 ' <J D O O ν) Telefon: (0211) «8334« Telex: 08586513 cop d

PATENTANWÄLTE:
DipL-Ing. W. COHAUSZ - Dipl.-Ing. R. KNAUF - Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-ln9. A. GERBER - Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ

Lucas Industries Limited
Great King Street

Birmingham B19 2XP, England 12.8.1977 Reibungsgeschwindigkeitswechse!getriebe

Die Erfindung betrifft ein Reibungsgeschwindigkeitswechselgetriebe mit Antriebseinheiten, die zwei in axialem Abstand voneinander liegende Toroid-Scheiben aufweist, von denen die eine zum Antrieb und die andere zum Abtrieb dient, zwischen denen ein Satz von in Umfangerichtung voneinander getrennt angeordneten Rollen reibungsschlüssig die Toroid-Flächen der Scheiben berührt und jede Rolle in einem Lagerkörper angeordnet ist, der um eine zu ihrer Rotationsachse rechtwinkligen Achse geschwenkt werden kann, so daß die Abstände von der Getriebeachse, in der die Rollen die Scheiben berühren und damit das Übersetzungsverhältnis des Getriebes geändert wird. Der Schwenkwinkel des Lagerkörpers, der das Übersetzungsverhältnis steuert, wird Übersetzungswinkel genannt.

Eine Möglichkeit zur Änderung des Übersetzungswinkels besteht darin, daß man auf jeden der Lagerkörper der Rollen eine Kraft aufwendet, um sie im wesentlichen tangential zur Getriebeachse zu bewegen, so daß die Rollen sich selbst in einen anderen Übersetzungswinkel steuern. Jede der Rollen ist in ihrem Lagerkörper

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so angeordnet, daß sie in einem Winkel zu der zur Getriebeachse rechtwinkligen Ebene steht. Dieser Winkel wird Schwenkwinkel genannt. Derartige Getriebe werden als Getriebe mit tangentialgesteuerten Rollen-Lagerkörpern bezeichnet. Im folgenden wird ein solches Getriebe als ein Getriebe beschrieben, auf das die Erfindung angewandt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf derartige Geschwindigkeitswechselgetriebe, und zwar auf solche, bei denen die zu ihrer Rotationsachse normale Ebene der Rollen, die durch die Berührungspunkte der Rollen mit den Toroid-Scheiben geht, durch die Achse verläuft, um die die Rollen geschwenkt werden, und tangential zum Torus-Mittelpunkt (d.h. zum Ort des Mittelpunktes des Kreises, dessen Umlauf den Torus erzeugt) liegt, zum Unterschied zu Getrieben, bei denen diese Ebene für jede Rolle näher der Hauptrotationsachse des Getriebes liegt.

Die Antriebsseite muß in der Richtung umlaufen, in der sie jede Rolle gegen die Kraft zu ziehen versucht, die die Tangentialstellung der Rollen steuert. Der Schwenkwinkel muß derart sein, daß jede Rollenschwenkachse von der Antriebsseite geneigt ist in die Richtung der Rollenbewegung. Das ergibt sich aus dem Umstand, daß ein stabiler Lauf bei jedem Übersetzungswinkel erfolgt, wenn die Rotationsachse jeder Rolle die Getriebeachse schneidet. Nur bei solchem Schwenkwinkel ergibt sich eine tangentiale Verstellung der Rolle (aufgrund eines Anwachsens oder eines Abnehmens der Belastung des Getriebes oder des Drucks der Steuerflüssigkeit) in den Toroid-Scheiben, die an der Rolle eine steuernde Kraft erzeugt, die die Rolle schwenkt entgegen der Richtung, die erforderlich ist, die Rollenachse in die Schnittlinie mit der Getriebeachse zurückzubewegen, so daß die Rolle von ihrer neuen stabilen Lage fortbewegt, statt dahinbewegt wird.

Allgemein gilt, daß je größer der Übersetzungswinkel ist, umso stabiler die Rollen dazu neigen, ihre Übersetzungswinkel beizubehalten und umso zuverlässiger die Vorrichtung arbeitet. Das

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ist besonders wichtig, wenn die Vorrichtung mit hoher Umlaufgeschwindigkeit, beispielsweise mit bis zu 20.000 U/min läuft, obwohl es Arbeitsbedingungen gibt, bei denen maximale Schwenkwinkel nicht so wichtig sind.

Es ist bisher wiederholt versucht worden, die Einstellung der Rollen bei zuverlässigem Lauf der Vorrichtung zu erleichtern, d.h. bei geringer Abnutzung und maximaler Kraftübertragung vom Antrieb zum Abtrieb; während mancher dieser Versuche befriedigend war, haben sich bei den meisten Unzulänglichkeiten ergeben, insbesondere insofern, daß die Laufbedingungen zwar für einige Verhältnisse gut, aber nicht für alle Verhältnisse befriedigend sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein übertragungssystem der oben genannten Art zu schaffen, das einen maximalen Wirkungsgrad in einem weiten Bereich von Arbeitsbedingungen hat.

Gemäß der Erfindung sind bei einem Geschwindigkeitswechselgetriebe der oben genannten Art Mittel zur Bewegung jedes der Rollenlagerkörper im wesentlichen tangential zur Getriebeachse so angeordnet, daß ihre auf den Lagerkörper ausgeübte Kraft in einem Winkel zu der zur Getriebeachse senkrechten Ebene liegt und Mittel zum Anpassen der wirksamen Bewegung der Rollenkörperachse gegenüber der Getriebeachse in einer zur Getriebeachse parallelen Richtung vorgesehen sind.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch das Getriebe gemäß der Erfindung,

Fig. 2 zeigt in größerem Maßstab die Rotoren und Rollen, teils in Ansicht in Richtung des Pfeils 2 der Fig. 1, teils im Querschnitt,

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen Teil einer abgewandelten Konstruktion,

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Pig. 4 zeigt eine weitere Abwandlung.

Die Vorrichtung ist grundsätzlich vorgesehen zum Antreiben von Einrichtungen in Flugzeugen, insbesondere zum Antreiben eines Wechselstromgenerators. Der Generator wird getrieben von dem das Flugzeug antreibenden Motor, muß aber mit konstanter Geschwindigkeit laufen. Die Kraftübertragung ist daher für eine sich ändernde Antriebsgeschwindigkeit und eine konstante Abtriebsgeschwindigkeit vorgesehen. Die beschriebene Anordnung kann jedoch auch in anderer Weise benutzt werden, beispielsweise für eine übertragung mit konstanter Antriebs- und variabler Abtriebsgeschwindigkeit, sowie variabler Antriebs- und variable Abtriebsgeschwindigkeit.

In Fig. 1, die die grundsätzliche Anlage einer solchen Kraftübertragung zeigt, besitzt ein Geschwindigkeitswechselgetriebe drei Rotoren 10, 11, 12 mit Toroid-Flächen 10a, 11a, 12a und 12b. Der Rotor 12 liegt in der Mitte zwischen den Rotoren 10 und und seine ToroidrFlächen 12a und 12b liegen auf axial einander gegenüberliegenden Flächen desselben. Die Toroid-Fläche 10a des Rotors 10 liegt gegenüber der Fläche 12a und ebenso liegt die Fläche 11a des Rotors 11 gegenüber der Fläche 12b des mittleren Rotors 12. Die Rotoren 10 und 11 sind Antriebsrotoren und der Rotor 12 ist ein Abtriebsrotor. Das System arbeitet aber ebenso gut, wenn die Rotoren 10 und 11 zum Abtrieb und der Rotor 12 zum Antrieb dient. Zwischen den Rotoren 10 und 12 sowie zwischen den Rotoren 11 und 12 liegen Sätze von flachen Rollen 12, 14 in Lagern 15 bzw. 16. Fig. 1 zeigt die Rollen in einer Stellung, in der sie die entsprechenden Flächen 10a, 12a sowie 11a und 12b in verschiedenen Abständen von der Rotationsachse der Rotoren 10, 11, 12 oder der Getriebeachse 17 zeigt. Die Rotoren 10 und 11 sitzen nicht drehbar auf einer Hohlwelle 18, die in einem festen Körper 22 in Lagern 19, 20 gelagert sind, die nahe seinen Enden sitzen.

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Der Antriebsmotor 10 besitzt auf seinem Außenumfang Getriebezähne 23» die in einem Oetriebering 24 eingreifen, der auf einer abgestuften Hohlwelle 25 sitzt. Diese Hohlwelle ist um eine Achse 26 drehbar, die parallel zu Achse 17 liegt. Eine Kupplung 28 verbindet die Hohlwelle 25 mit einer umlaufenden Buchse 27, die Getriebezähne 29 aufweist, die in ein nicht dargestelltes Getriebe eingreifen, die eine Vorrichtung treibt, die nicht Gegenstand der Erfindung ist.

Der Abtriebsmotor 12 hat Außengetriebezähne 30 für den Abtrieb der Vorrichtung. Die Welle 18 wird durch ein Zahngetriebe 34 von einem Getrieberad 35 angetrieben, das auf einer weiteren Hohlwelle 36 sitzt. Zwischen der Hohlwelle 36 und einer Antriebwelle 37* die an ihrem einen Ende Anschläge 38 besitzt, ist eine Kupplung vorgesehen, die eine gleitbare Buchse 39 und ein Element 40 umfaßt, das bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur schmilzt, so daß die Buchse 39 und somit die Welle 37 unter der Wirkung von Federn 31 derart bewegt wird, daß der Antrieb von der Vorrichtung abgeschaltet wird. Das ist Gegenstand einer britischen Patentanmeldung 33909/76.

Um die Rotoren 10, 11 und 12 sowie die Rollen 13 und 14 in Reibungskontakt miteinander zu bringen, ist im Gehäuse 41, das durch 3 hrauben 42 mit der seiner Toroid-Fläche 11a gegenüberliegenden Seite des Rotors 11 verbunden ist, eine Druckvorrichtung vorgesehen. In dem Raum zwischen dem Rotor 11 und dem Gehäuse 41 sind Hohlräume 43 und 44 für hydraulische Flüssigkeit vorgesehen. Innerhalb dieser Hohlräume befinden sich Kolben 45 und 46, die auf der Welle 18 sitzen. Im Ende der Welle 18 ist ein umlaufender Flüssigkeitsanschluß vorgesehen, der im festen Gehäuse 22 sitzt. In diesem Ende der Welle l8 sind ferner Bohrungen 47 und 48 für die Zufuhr und Abfuhr von Flüssigkeit zu den Hohlräumen 43 und 44 vorgesehen. Die Bohrung 48 steht in Verbindung mit dem Flüssigkeitsanschluß 21 zur Zufuhr von Hochdruckflüssigkeit zur einen Seite der beiden Kolben 45 und 46. Zur anderen Seite der Kolben 45 und 46 wird unter niedrigerem Druck stehende Flüssigkeit durch eine der beiden Bohrungen 47 zugeführt,

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die zwecks Ausbalancierens symmetrisch zur Achse der Welle liegen. Diese Vorrichtung ist Gegenstand der britischen Patentanmeldung 33906/76.

Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab Teile der Rotoren 10, 11 und 12 und deren einander zugekehrte Flächen 10a, 11a, 12a und 12b. Ferner zwei Rollen 13 und 14, Bei dieser Ausführungsform sind jedoch drei solcher Rollensätze 13, 14 vorgesehen, die um die Getriebeachse herum in Winkeln von 120° voneinander angeordnet sind.

Die Lager 15, l6 werden von Lagerhaltern 60, 61 getragen, die in einem Teil 49 des feststehenden Getriebegehäuses 22 vorgesehen sind. Fig. 2 zeigt ein Paar Rollen, die gesteuert werden durch Steuerzylinder 50, 51» die an dem Teil 49 angeordnet sind. Jeder Steuerzylinder enthält einen Kolben 52 bzw. 53 und besitzt für die Zufuhr von Flüssigkeit Zuleitungen 54, 55 im Teil 49. Die zugeführte Flüssigkeit ist die gleiche, wie die dem Flüssigkeitsanschluß 21 zugeführte Flüssigkeit.

Der Teil 49 trägt außerdem gegabelte Arme 56, 57 und 58, 59. Die Arme 56, 57 sind den Zylindern 50 und 51 zugeordnet, während die Arme 58 und 59 je einem anderen (nicht dargestellten)Rollenpaar zugeordnet sind.

Die Rollenlager 15, 16 sind, wie oben beschrieben wurde, in Lagerhaltern 60 und 61 angeordnet. Das eine Ende eines jeden Lagerhalters 60, 61 ist mit einem Kugelkopf 62, 63 versehen, der in den Kolben 52 bzw. 53 eingreift und eine Gelenkverbindung bildet. Das andere Ende jedes Trägers 60, 61 weist einen zylindrischen Zapfen 64 bzw. 65 auf, der sich in Längsrichtung des Lagerträgers erstreckt und in die Gabel der Arme 56 bzw. 57 eingreift. »

Beim Betrieb dieser Vorrichtung mit veränderlicher Antriebs- und konstanter Abtriebsgeschwindigkeit wird eine Änderung der Antriebs ge schwind! gke it automatisch kompensiert durch Änderung des Übersetzungswinkels der Rollen. Die Neigung der Rollen, wie sie Fig. 1 zeigt, reguliert das Verhältnis der Geschwindigkeit der Antriebsrotoren 10, 11 zur Geschwindigkeit des Abtriebs-

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rotors 12. Bei der in ausgezogenen Linien dargestellten Stellung bewirkt die Rotation der Antriebsrotoren 10 und 11 eine Rotation des Abtriebsmotors 12 bei niedrigerer Geschwindigkeit. Bei der in gestrichelten Linien dargestellten Stellung kann das umgekehrte Verhältnis erreicht werden, wenn der Berührungspunkt zwischen den Rollen und den Antriebsrotoren 10, 11 in größerem Abstand von der Achse 17 liegt als ihr Berührungspunkt mit dem Rotor Wenn dagegen die Rollen die Flächen 10a, lla, 12a und 12b im gleichen Abstand von der Achse 17 berühren, so rotieren alle Rollen 10, 11 und 12 mit der gleichen Geschwindigkeit; dann ist das Übersetzungsverhältnis von Antrieb und Abtrieb 1:1.

Für einen stabilen Lauf ist es jedoch notwendig, daß die Achse jedes der Rollen 13, 14, die mit der Achse der Welle 18 übereinstimmende Getriebeachse 17 schneidet. Um die übersetzung zu ändern, werden die Rollen tangential bewegt, sie steuern sich dann in die der neuen übersetzung entsprechende Winkel, in denen sie wieder stabil sind, d.h. in Winkelstellungen, in denen sie die Getriebeachse schneiden. Um die übersetzung zu ändern, werden die die Kolben 52, 53 enthaltenden Steuerzylinder 50 und betätigt. Dadurch werden die Lagerträger 60, 61 in Richtungen bewegt, die in spitzen Winkeln zu der Ebene 66 stehen, die rechtwinklig zur Getriebeachse 17 liegt, die übereinstimmt mit der Rotationsachse der Welle 18 und der Rotoren 10, 11, 12. Die Neigung der Achsen der Kolben und der Zylinder 52, 50 und 53» 51 ist einander entgegengesetzt, wie dies Fig. 2 zeigt. Durch Betätigung dieser Kolben und Zylinder werden die Achsen der Rollen 13 und 14 in Richtungen bewegt, die im wesentlichen tagential zu den Berührungspunkten der Rollen mit den entsprechenden Toroid-Flächen 10a, lla, 12a und 12b liegen. Bei dieser im wesentlichen tangentialen Bewegung der Rollen erfolgt eine Steuerung der Rollen um die Mitten der Kugelköpfe 62, 63» so daß die Rollen Stellungen annehmen können, in denen ihre Rotationsachse erneut die Achse 17 schneidet. Man muß aber dafür sorgen, daß die Stellungen der Rollenacheen in Richtung längs der Achse 17 sich ändert und dies wird erreicht durch die Bewegung der Zapfen 64, 65 in den Armen 56 bzw. 57« Die zylindrische Form der Zapfen 64, 65 ermöglicht in Zusammenarbeit mit den Kugelköpfen eine Winkelbewegung der Lagerträger 60, 61

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gegenüber den Armen. Infolge einer solchen Ermöglichung der Bewegung der Lagerträger in Längsrichtung der Achse 17 ändert sich die Neigung der Lagerträger gegenüber der Ebene 66. Diese Neigung ist der Schwenkwinkel, der sich also ändert mit der Geschwindigkeitsübersetzung zwischen den Antriebs- und Abtriebsrotoren.

Vorzugsweise soll der Schwenkwinkel umso größer sein, je höher die Rotationsgeschwindigkeit des Abtriebsrotors 12 ist, um die Stabilität des Systems bei hohen Geschwindigkeiten, die bis zu 20.000 U/min betragen kann, zu verbessern.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt sich keine Gleitbewegung der Zapfen in den gegabelten Armen, so daß die Stellungen der Achsen der Rollen sich nicht in axialer Richtung gegenüber der Wellenachse 17 ändern. In solchen Fällen muß für eine axiale Gleitbewegung der Rotoren 70, 72, nämlich wenigstens eines der Antriebsrotoren 70 oder der Abtriebsrotoren 72 gesorgt werden. Diese Bewegung erfolgt in Längsrichtung der Achse 17, um die diese Rotoren rotieren. Der Rotor 71 wird in axialer Richtung belastet durch Hydraulikflüssigkeit in einer Kammer 73 hinter dem Rotor 72, die sich gegen eine Platte 7¹* abstützt. Die Hydraulikflüssigkeit tritt in die Kammer durch einen Kanal 75 ein, der in einer Nabe 76 vorgesehen ist, die in einem Lager 77 läuft. Der Kanal 75 hat ein weiteres Ende, in dem das Ende einer festen Leitung 78 gleitbar angeordnet ist. Der Rotor 70 hat eine Nabe 79, die in einem Lager 80 läuft. Die Lager 77 und 80 sind konzentrisch. Die ganze Anordnung der Rotoren 70, 72, der Platte 7Ί und der Rollen 69 ist in Achsrichtung beweglich, so daß die verschiedenen Abstände zwischen den Rotoren bei Justierung der Rollen eingestellt werden kann, wie dies der Pfeil 81 andeutet.

Bei einer anderen in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform werden die Lagerträger nur an ihren Enden, an denen die Kolben angeordnet sind, getragen, wobei die Kugelköpfe 62, 63 durch zylindrische Enden 82 ersetzt sind. Bei dieser Anordnung kann der Lagerträger 83 nur um eine Achse bewegt werden, die parallel zur Kolbenachse ^.ggjb^ ,Ajpqh^^Af r sind die Rotoren so angeordnet

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daß sie sich in Achsrichtung bewegen können. Bei einer weiteren Abwandlung werden die Lagerträger 66, 61 von inneren Trägern getragen.

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Claims

COHAUSS S: FLORACK

PATENT AN WALTS BÜRO

SCHUMANNSTR. 97 . D-4OOO DÜSSELDORF i / Job JvJ

Telefon: (02 Π) 683340 Telex: 08586513 cop d

PATENTANWÄLTE:
DipL-lng.W. COHAUSZ ■ Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirhch.-Ing. A. GERBER Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ

12.8.1977

Ansprüche:

1. Reibungsgeschwindigkeitswechselgetriebe mit zwei in axialem Abstand voneinander liegenden Toroid-Scheiben, von denen die eine zum Antrieb und die andere zum Abtrieb dient, zwischen denen ein Satz von in Umfangsrichtung voneinander getrennt angeordneten Rollen reibungsSchlussig die Toroid-Flächen der Scheiben berühren, und jede Rolle in einem Lagerkörper angeordnet ist, der zwecks Änderung des Übersetzungsverhältnisses um eine zu ihrer Rotationsachse rechtwinkligen Achse schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Bewegen jedes der Rollenlagerkörper im wesentlichen tangetial zur Getriebeachse bewegende Mittel so angeordnet sind, daß ihre auf den Lagerkörper ausgeübte Kraft in einem Winkel zu der zur Getriebeachse senkrechten Ebene liegt und Mittel zum Anpassen der wirksamen Bewegung der Rollenkörperachse gegenüber der Getriebeachse in einer zur Getriebeachse parallelen Richtung vorgesehen sind.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Bewegen der Rollenlagerkörper in einer im wesentlichen zur Getriebeachse tangentialen Richtung aus einer Zylinder-Kolben-Anordnung bestehen, die mit dem Lagerkörper gelenkig verbunden ist.

3· Getrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gelenkige Verbindung aus einer Kugellagerung besteht.

C/w. _ ο

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ORIGINAL INSPECTED

M. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Anpassen der wirksamen Bewegung der Rollenkörperachse gegenüber der Getriebeachse in einer zur Getriebeachse parallelen Richtung aus einer Bolzen- und Längsschlitz-Verbindung besteht, die zwischen dem Lagerkörper und einem Träger besteht.

5. Getriebe nach Anspruch ¹I, dadurch gekennzeichnet, daß

die Lagerkonstruktion einen zylindrischen Bolzen aufweist, der in einen an dem Träger vorgesehenen Schlitz eingreift.

6. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Anpassen der Bewegung der Rollenachse gegenübei der Getriebeachse Mittel zur Bewirkung einer Gleitbewegung des Abtriebsrotors und wenigstens eines Antriebsrotors umfaßt.

7. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkverbindung aus einem zylindrischen Teil des Lagerkörpers und einem damit zusammenwirkenden Teil der Zylinder-Kolben-Einheit umfaßt, wobei die Lageranordnung derart ist daß sie sich zwangsläufig um eine längs der Zylinder-Kolben-Einheit liegenden Achse bewegt.

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