DE3015204C2 - Selbsttätig stufenlos einstellbares Schwenkgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein selbsttätig stufenlos einstellbares Schwenkgetriebe, bei dem Antrieb und Abtrieb über ein Reibgetriebe mit axial wirkender Anpreßvorrichtung miteinander gekoppelt sind, von dem ein Teil an einem Schwenkarm befestigt ist, an dem gleichfalls eine mit dem Reibgetriebe gekoppelte, das Drehmoment auf die Abtriebswelle übertragende Übersetzung angeordnet ist

Ein solches Schwenkgetriebe ist bekannt (DE-PS 6 73 812). Bei dem bekannten Schwenkgetriebe befindet sich die Übersetzung in einem derart auf einer Welle gelagerten Gehäuse daß es sowohl um die Welle schwenkbar als auch zur Welle längsverschiebbar ist Die Verschiebebewegung des Gehäuses in Längsrichtung der Welle wird bei dem bekannten Schwenkgetriebe abgenommen und als Regelgröße verwendet.

Die Verschiebebewegung kann beispielsweise als Schalthebel ausgebildet sein, dessen Stellungsänderung die Änderung der Umdrehungszahl eines Elektromotors, beispielsweise des den Vorschub des Drehstahls in einer Drehbank bewirkenden Elektromotcrs, herbeiführt.

Das bekannte Schwenkgetriebe ist derart gestaltet, daß eine Änderung des an der Abtriebswelle geforderten Drehmomentes eine Verschiebung des Getriebegehäuses bewirkt. Der Verschiebeweg des Getriebegehäuses wird dazu verwendet, die Drehzahl des Antriebsmotors oder eines anderen, mit dem Getriebe zusammen wirkenden Motors zu steuern.

Es ist ein anderes stufenlos einstellbares Schwenkgetriebe bekannt (DE-OS 2911 933), bei dem die Drehzahlübersetzung zwischen Antriebs- und Abtriebswelle dadurch verändert wird, daß durch Schwenken des Schwenkarmes die Übersetzung zwischen Kegel und Ring des Reibgetriebes verstellt wird. Zwecks Durchführung dieser Verstellung ist eine mit einem Handrad versehene Gewindespindel vorgesehen, welche eine mit dem Schwenkarm verbundene Mutter durchdringt. Um bei den bekannten Schwenkgetrieben einen ständigen Kraftschluß zwischen Kegel und Ring des Reibgetriebes sicherzustellen, ist eine Anpreßvorrichtung vorgesehen, welche Kegel und Ring axial gegeneinander preßt.

Dieses bekannte Schwenkgetriebe besitzt demnach

eine zwangsweise Verstellung der Übersetzung, welche durch Verdrehen der Gewindespindel vorgenommen wird. Wird nun bei einem solchen Getriebe an der Abtriebswelle ein Drehmoment abgenommen, so tritt am Schwenkarm eine dem Drehmoment an der Abtriebswelle proportionale Rückstellkraft auf, welche — bei einer Zahnradübersetzung zwischen Schwenkarm und Abtriebswelle — die Tendenz aufweist, den Schwenkarm in einer der Drehrichtung der Abtriebswelle entgegengesetzten Drehrichtung zu verschwen- ken. Bei den bekannten Schwenkgetrieben mit zwangsweiser Übersetzungsverstellung wird diese Rückstellkraft vom Schwenkarmantrieb (Gewindespindel) bzw. dessen Lagerung kompensiert.
Dieses bekannte Schwenkgetriebe ist nicht selbsttätig stufenlos einstellbar.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, daß eingangs erwähnte Schwenkgetriebe derart weiter zu entwickeln, daß bei einem veränderten

Drehmomentbedarf an der Abtriebswelle unmittelbar und selbsttätig die Obersetzung des Reibgetriebes verändert wird.

Das neue Schwenkgetriebe soll weiterhin die Möglichkeit eröffnen, die relative La^e des wirksamen Drehmomentbereiches während des Betriebes zu verstellen, um so ohne Verzicht auf die selbsttätige Anpaßbarkeit des Getriebes das Abtriebsdrehmoment bzw. die Abtriebsdrehzahl an die äußeren Erfordernisse (z. B. größere Geschwindigkeit eines Fahrzeuges) anpassen zu können.

Das neue Schwenkgetriebe soll aber auch in der Weise auszugestalten sein, daß die Übersetzung unabhängig von dem an der Abtriebswelle geforderten Drehmoment für einen bestimmten Drehmomentbereich konstant bleibt und erst bei Überschreiten eines bestimmten Drehmomentes die selbsttätig stufenlose Verstellung wirksam und beim Unterschreiten dieses Drehmomentes wieder unwirksam wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein federndes Element mit einem Ende am Schwenkarm und mit dem anderen Ende an einem Widerlager angeordnet ist und die Längsachse des federnden Elementes mit der durch die Schwenkachse des Schwenkarmes verlaufenden Ebene einen Winkel einschließt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 10 enthalten. Diese sind nachstehend anhand der F i g. 1 — 9 erläutert. Es zeigt

F i g. 1 in perspektivischer Darstellung eine Ausiührungsform des neuen Schwenkgetriebes,

F i g. 2 eine Seitenansicht des Schwenkgetriebes gemäß Fig. 1,

Fig.3 eine Draufsicht auf das Schwenkgetriebe gemäß Fig. 1,

F i g. 4 die Draufsicht auf eine andere Ausführungsform des Schwenkgetriebes,

F i g. 5 und 6 zwei verschiedene Ausführungsformen des Schwenkgetriebes mit Mitteln zum Einstellen des wirksamen Drehmomentenbereiches und einer Begrenzung des selbsttätigen Verstellbereiches,

F i g. 7 eine andere Ausführungsform der Einstellvorrichtung,

F i g. 8 und 9 Einzelheiten bei einem Schwenkgetriebe gemäß Fig.4. «

F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform des neuen Schwenkgetriebes, das für einfache Anwendungen gedacht und daher sehr einfach aufgebaut ist. Von der ortsfest angeordneten Antriebswelle 1 wird über die Reibpaarung, die bei diesem Ausführungsbeispiel aus so dem Kegel 2 und dem Reibring 3 besteht, die Zwischenwelle 5 angetrieben, die an den; um die Schwenkwelle 19 schwenkbaren Schwenkarn 4 schwenkbar gelagert ist. Anstelle der aus Kegel und Reibring bestehenden Reibpaarung können auch andere Reibpaarungen, z. B. solche aus Doppelkegelscheiben und Ringen bestehende, verwendet werden. Bei der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform wird die Anpreßkraft der Reibpaarung auf konventionelle Weise erzeugt, nämlich dadurch, daß im Schwenkarm 4 eine die axiale Anpreßkraft erzeugende Feder vorhanden ist, welche die Zwischenwell'o 5 und damit den Reibring 3 axial an den Kegel 2 anpreßt.

Von der Zwischenwelle 5 wird über das Zahnradpaar 6 und 7 die ortsfeste Abtriebswelle 8 angetrieben. &5 Anstelle der Kraftübertragung mittels Zahnrädern können auch andere Mittel wie Reibräder, Umschlingungstriebe (Flach-Keil-Zahnriemen) und dgl. verwendet werden. Durch Übertragung des Drehmomentes vom Zahnrad 6 auf das Zahnrad 7 wird ein auf den Schwenkarm 4 wirkendes Reaktionsmoment F erzeugt das bei den in F i g. 1 eingezeichneten Drehrichtungen der Zahnräder 6 und 7 im Uhrzeigersinn auf den Schwenkarm 4 wirkt und diesen im Uhrzeigersinn zu schwenken versucht. Dieser Reaktionskraft Fentgegengerichtet ist die Gegenkraft K der Druckfeder 9, deren eines Ende sich am Widerlager 18 und deren anderes Ende sich am Schwenkarm 4 abstützt. Wenn die beiden Kräfte F und K im Gleichgewicht sind, stellt sich eine diesen proportionale Schwenkstellung des Schwenkarmes 4 und damit auch eine entsprechende Übersetzung der Reibpaarung ein.

Falls bei der Übersetzung von der Zwischenwelle 5 auf die Abtriebswelle 8 anstelle der Zahnräder 6, 7 ein Umschlingungsgetriebe verwendet wird, dann wirkt das Reaktionsmoment F im Gegenuhrzeigersinn, weil die beiden Räder des Umschlingungsgetriebes den gleichen Drehsinn aufweisen. In diesem Fall müßte — bezogen auf das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 — entweder für die Erzeugung der Gegenkraft K bei unveränderter Anordnung eine Zugfeder verwendet werden oder Druckfeder 9 und Widerlager 18 auf der anderen Seite des Schwenkarmes angeordnet sein.

Die Wirkungsweise des neuen Schwenkgetriebes läßt sich anhand der F i g. 2 und 3 verdeutlichen. Wenn das an der Abtriebswelle 8 abgenommene Abtriebsdrehmoment klein ist, dann ist auch das auf den Schwenkarm 4 wirkende Reaktionsmoment F entsprechend klein. Bei der Einstellung des Gleichgewichtes zwischen der Reaktionskraft Fund der Gegenkraft K wird daher der Schwenkarm 4 eine stabile Lage in der Schwenkstellung einnehmen, in der die Druckfeder 9 relativ stark ausgedehnt ist. Dies ist beispielsweise die Schwenksteilung I in F i g. 3. In dieser Schwenkstellung stellt sich am Reibgetriebe eine solche Übersetzung ein, die zu einer relativ hohen Abtriebsdrehzahl an der Abtriebswelle 8 führt.

Wächst nun dies an der Abtriebswelle 8 geforderte Abtriebsdrehmoment, dann wächst auch die Reaktionskraft F11, wodurch die stabile Schwenkstellung des Schwenkarmes 4 weiter zum Widerlager 18 hin verschoben wird. Der Schwenkarm 4 nimmt dann gegen die Gegenkraft Kn die Schwenkstellung 11 ein, und das Reibgetriebe 2, 3 ist stufenlos auf eine Übersetzung ins Langsame eingestellt worden. Bei einer weiteren Erhöhung des Antriebsdrehmomentes verändert sich die stabile Schwenkstellung des Schwenkarmes 4 weiter zum Widerlager 18 hin. welches in Fig.3 durch die Schwenkstellung III verdeutlicht ist.

Fig.4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des neuen Schwenkgetriebes, bei dem die im Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnte, eine axiale Anpreßkraft erzeugende Feder im Schwenkarm, welche den Reibring 3 axial an den Kegel 2 anpreßt, weggelassen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird von der Druckfeder 9, deren Lage für die beiden Schwenkstellungen I und 111 eingezeichnet ist, die Anpreßkraft des Reibgetriebes dadurch aufgebracht, daß die Druckfeder 9 schräg, d. h. unter einem Winke! zur Längsachse des Schwenkarmes, angeordnet ist. Ein Ende der Druckfeder *> stützt sich am Schwenkarm 30| bzw. 30m ab, während sich das andere Ende der Druckfeder 9 an dem außerhalb des Schwenkarmes angeordneten Widerlager 18, z. B. einem Gehäuseteil, abstützt. Auf diese Weise wird außerdem die Reaktionskraft zur axialen Anpreßkraft kompensiert, so daß die sonst notwendige

bewegliche Abstützung des Schwenkarmes im axialer Richtung gegen das Getriebegehäuse entfällt. Bei einer solchen Ausführungsform wächst in vorteilhafter Weise die Anpreßkraft für die Reibpaarung Kegel 2 Reibring 3 mit zunehmender Übersetzung ins Langsame, d. h. bei hohen Abtriebsdrehzahlen mit niedrigem Abtriebsdrehmoment herrschen geringe Anpreßkräfte und bei niedrigen Abtriebsdrehzahlen mit hohem Abtriebsdrehmoment starke Anpreßkräfte. Diese Anordnung kann auch bei den konventionellen, mittels einer Verstellspindel zwangsweise zu verstellenden Schwenkgetrieben zur Erzeugung der Anpreßkraft verwendet werden.

Anstelle der Druckfeder 9 kann bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.4 auch eine Zugfeder verwendet werden. Wenn die Feder 9 in F i g. 4 eine Zugfeder wäre, dann müßte das Ende, das sich in F i g. 4 am Widerlager 18 abstützt, am Schwenkarm und das andere Ende der Feder an einem außerhalb des Schwenkarmes gelegenen Befestigungspunkt befestigt sein.

Fig.6 zeigt ein Ausführungsbeispiel des neuen Schwenkgetriebes, bei dem dessen Übersetzung für Drehmomente an der Abtriebswelle 8 bis zu einem bestimmten Wert fest eingestellt ist. Erst wenn dieses vorwählbare Drehmoment überschritten wird, wird die selbsttätig stufenlose Einstellung wirksam.

Wie bei den konventionellen, zwangsweise zu verstellenden Schwenkgetrieben ist bei diesem Ausführungsbeispiel zum Einstellen der festen Übersetzung eine Verstellspindel 10 vorgesehen; jedoch sind die Verstellspindel 10 und der Schwenkarm 4 nicht fest miteinander gekuppelt. An der in bekannter Weise gegen Verdrehen gesicherten Verstellmutter 11 ist eine Ausklinkfeder 12 befestigt, welche in den Schlitz 13 des Schwenkarmes 4 eingreift. Der Schlitz 13 ist auf der der Druckfeder 9 zugewandten Seite von dem festen Anschlag 14 und auf der anderen Seite von dem Schenkel 16 des federnden Nockens 15 begrenzt.

Dieses Getriebe kann wie jedes stufenlos einstellbare Reibgetriebe durch Betätigung der Verstellspindel 10 von Hand oder mittels eines Einstellmotors auf jede gewünschte Übersetzung eingestellt werden. Überschreitet nun das an der Abtriebswelle abgenommene Drehmoment einen bestimmten Wert, dann wird die Reaktionskraft F so groß, daß die Ausklinkfeder 12 ausweicht und der Schwenkarm 4 nach rechts schwenkt und dabei das Reibgetriebe auf eine niedrigere Abtriebsdrehzahl mit höherem Abtriebsdrehmoment verstellt. Die Verstellmutter 11 mit der Ausklinkfeder 12 bleiben in der eingestellten Position.

Sobald die Überlastung des Antriebes vorüber ist, wird der Schwenkarm 4 durch die Druckfeder 9 wieder nach links gedruckt. Dabei kann er jedoch nur bis zur ursprünglich eingestellten Übersetzung schwenken, weil dann der feste Anschlag 14 gegen die Ausklinkfeder 12 stößt. Die Verstellmutter 11 ist mit einem Anschlag 17 versehen, damit die Ausklinkfeder nicht nach links wegknicken kann. Beim Wiedereinrasten der Ausklinkfeder 12 in den Schlitz 13 drückt das untere Ende der Ausklinkfeder 12 den federnden Nocken 15 beim Darüberhinwegstreichen nach unten. Sobald die Ausklinkfeder 12 den Nocken 15 passiert hat, federt dieser wieder zurück und sichert die Lage des Schwenkarmes 4.

Diese Ausführungsform des Schwenkgetriebes kann beispielsweise eingesetzt werden, wo beim Starten einer Maschine oder beim Anfahren eines Fahrzeuges während dieses Betriebszustandes die Abtriebsdrehzahl selbsttätig unter Abgabe eines erhöhten Drehmomentes erniedrigt werden soll. Wie durch den mit 20 bezeichneten Pfeil angedeutet, soll das Widerlager z. B. mittels einer Gewindespindel durch einen hydraulisehen, pneumatischen oder elektrischen Antrieb verstellbar ausgebildet sein. Auf diese Weise kann das Drehmoment, bei dem die selbsttätige Verstellung der Übersetzung einsetzen soll, auch während des Betriebes, eingestellt oder nach Bedarf verändert werden. ίο Fig. 5 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Fi g. 6. Es sind hier die Ausklinkfeder 12 und der federnde Nocken 15 entfallen. Stattdessen sind die Anschläge 14 und 17 derart verlängert, daß sie sich gegenseitig berühren. Zwischen den Anschlägen können stoßdämpfende Beläge angebracht sein.

F i g. 7 zeigt die konstruktive Ausgestaltung eines in Richtung des Pfeiles 20 verstellbaren Widerlagers 18, wie es bei den Ausführungsformen gemäß F i g. 1 bis 3 und ggf. 5 und 6 verwendet werden kann. Bei dieser Anordnung stützt sich die Druckfeder 9 an dem um den Drehpunkt 21 schwenkbaren Hebelarm 23 ab. Der Drehpunkt 21 kann mit der Schwenkwelle 19 zusammenfallen. Bei Verwendung in einem Fahrzeug kann die Geschwindigkeit dadurch verändert werden, daß der Hebelarm 23 mit dem Bowdenzug 22 verstellt wird.

F i g. 9 verdeutlicht eine Ausgestaltung der Ausführungsform gemäß F i g. 4, bei der anstelle der Druckfeder 9 eine Zugfeder 24 verwendet wird. Diese Zugfeder 24 ist in F i g. 9 für die beiden Schwenkstellungen I und IU des Schwenkarmes eingezeichnet. Sie ist im Einhängepunkt 30 am Schwenkarm befestigt und wie in Fig.4 (dort allerdings als Druckfeder 9) schräg zur Schwenkwelle angeordnet. Die resultierende Federkraft R setzt sich in jeder Schwenkstellung zusammen aus den Komponenten A (Anpreßkraft für die Reibpaarung Kegel 2-Reibring 3) und K (Gegenkraft zur Reaktionkskraft F). Der Schnittpunkt 5 der beiden Resultierenden R\ (in Stellung I des Schwenkarmes) und κ,,, (in Stellung \\\ des Schwenkarmes) ist der theoretische Einhängepunkt der Feder 24 am Getriebegehäuse. In der Regel steigt jedoch beim Verschwenken des Schwenkarmes 4 K steiler an als A, so daß der Schnittpunkt S weit außerhalb des Getriebegehäuses liegt. Auf die Vorzüge des Ansteigens von A mit zunehmender Übersetzung ins Langsame wurde bereits im Zusammenhang mit F i g. 4 hingewiesen.

Bei der in Fig.9 gezeigten Ausgestaltung ist das zweite Ende der Zugfeder 24 an einer Rolle 25 eingehängt, welche auf der Gleitbahn 26 rollt.

Die Gleitbahn 26 kann die Gestalt eines um den Punkt S geschlagenen Kreises besitzen. Falls jedoch besondere Effekte erzielt werden sollen, beispielsweise daß die Kräfte K und/oder A nicht linear, sondern progressiv oder degressiv mit dem Verschwenken des Schwenkarmes ansteigen sollen, dann kann dies durch einen entsprechenden Verlauf der Gleitbahn 26, beispielsweise auch einer Geraden erzielt werden.

Eine weitere Ausführungsform für die Anhängung der Zugfeder 24 zeigt Fig. 8. Bei dieser sind zwei Laschen 27 außerhalb des Schwenkarmes, z.B. an dem Getriebegehäuse 29, drehbar befestigt. Die beiden anderen Enden der Laschen 27 sind durch das dreieckige Zwischenglied 28 miteinander verbunden. Da die beiden Laschen 27 nicht parallel zueinander angeordnet sind, ist beim Verschwenken des Schwenkarmes der Weg des Federanhängepunktes (beweglicher Punkt) 31 am Zwischenglied 28 größer als der Weg der

Laschen am Anlenkpunkt 32. Dadurch wandert der theoretische Einhängepunkt Sder Zugfeder 24 in F i g. 8 nach rechts an einen bestimmbaren Punkt außerhalb des Getriebegehäuses. Sind die Laschen parallel zueinander angeordnet, dann sind die Wege der Anlenkpunkte 32 und des Federanhängepunktes 31 gleich lang.

Falls die Laschen 27 an einem quer zur Antriebswelle

1 verschiebbaren Gleitstück befestigt sein sollten oder sind — bei einem Ausführungsbeispiel wie in Fig.9 — die Rollen 25 durch Krafteinwirkung von außen verstellbar ausgebildet, dann kann die gleiche Wirkung wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 erzielt werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Selbsttätig stufenlos einstellbares Schwenkgetriebe, bei dem Antrieb und Abtrieb über ein Reibgetriebe mit axial wirkender Anpreßvorrichtung miteinander gekoppelt sind, von dem ein Teil an einem Schwenkarm befestigt ist, an dem gleichfalls eine mit dem Reibgetriebe gekoppelte, das Drehmoment auf die Abtriebswelle übertragende Übersetzung angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, daß ein federndes Element mit einem Ende am Schwenkarm und mit dem anderen Ende an einem Widerlager angeordnet ist und die Längsachse des federnden Elementes mit der durch die Schwenkachse des Schwenkarmes verlaufenden Ebene einen Winkel einschließt (F i g. 1).

2. Schwenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel ein rechter Winkel ist(Fig.l).

3. Schwenkgetriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager (18) verstellbar angeordnet ist (F i g. 7).

4. Schwenkgetriebe nach den Ansprüchen 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager an einem um einen Drehpunkt (21) schwenkbaren Hebelarm (23) befestigt ist (F i g. 7).

5. Schwenkgetriebe nach Anspruch 1 und wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer Antriebsdrehzahlbegrenzungseinrichtung versehen ist (F i g. 5).

6. Schwenkgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Schwenkrichtung des Schwenkarmes (4) eine Verstellspindel (10) mit einer darauf verschiebbaren Verstellmutter (11) angeordnet ist sowie Verstellmutter und Schwenkarm miteinander in Eingriff gelangenden Anschlägen (14,17) versehen sind (F i g. o).

7. Schwenkgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Schwenkrichtung des Schwenkarmes (4) eine Verstellspindel (10) mit einer darauf verschiebbaren Verstellmutter (11) angeordnet, die Verstellmutter (11) mit einer in einen Längsschlitz (13) im Schwenkarm eintauchenden Ausklinkfeder (12), die eine Seite des Längsschlitzes mit einem festen Anschlag (14) und die andere Seite mit einem federnden Nocken (15) versehen ist (Fig. 6).

8. Schwenkgetriebe nach Anspruch 1 und wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Element eine Zugfeder (24) ist, deren vom Einhängepunkt (30) am Schwenkarm (4) abgewandtes Ende an einem beweglichen Punkt (31) gelenkig eingehängt ist, so daß sich sämtliche gedachten Verbindungslinien zwischen den ortsveränderlichen Einhängepunkten (30) und dem beweglichen Punkt (31) in einem theoretischen Einhängepunkt (S) außerhalb des Getriebes schneiden (F i g. 8).

9. Schwenkgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Punkt (31) in der Achse einer auf einer Gleitbahn (26) frei oder zwangsgeführt beweglichen Rolle (25) angeordnet ist (F ig. 9).

10. Schwenkgetriebe nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Punkt (31) auf einem Zwischenglied (28) angeordnet ist, welches mittels Laschen (27) außerhalb des Schwenkarmes (4), wie an einem Getriebegehäuse (29), schwenkbar befestigt ist (F ig. 8).