DE3447092A1

DE3447092A1 - Stufenlos uebersetzungseinstellbares kegelscheiben-umschlingungsgetriebe

Info

Publication number: DE3447092A1
Application number: DE19843447092
Authority: DE
Inventors: Manfred Ing.(Grad.) 6380 Bad Homburg Rattunde
Original assignee: PIV Antrieb Werner Reimers GmbH and Co KG
Current assignee: CVT Verwaltungs GmbH and Co Patentverwertungs KG
Priority date: 1984-12-22
Filing date: 1984-12-22
Publication date: 1986-07-03
Also published as: JPS61157862A; FR2575258A1; GB8524072D0; US4631042A; IT1183001B; GB2169043A; IT8548816A0; DE3447092C2; GB2169043B; FR2575258B1

Description

P.I.V. Antrieb Werner Reimers GmbH & Co. KG

Industriestraße 3

6380 Bad Homburg 1

Stufenlos übersetzungseinstellbares Kegelscheiben- Umschlingungsgetriebe

Die Erfindung betrifft ein stufenlos übersetzungseinstellbares Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe mit auf der An- und Abtriebswelle angeordneten Paaren von mit den Wellen drehverbundenen, glatten Kegelscheiben, von denen diametral einander gegenüberliegend je eine Kegelscheibe zur Einstellung und Aufrechterhaltung der Getriebeübersetzung hydraulisch axial verschiebbar ist, und einer zwischen den einen Scheibenkeil bildenden Kegelscheibenpaaren umlaufenden Stahlgliederkette mit quer zur Kettenlängsrichtung angeordneten Druckstücken, über deren der jeweiligen Kegelscheibe zugewandten Stirnflächen die Reibkraftübertragung zwischen Kegelscheiben und Kette erfolgt, wobei die Reibflächen der Kegelscheiben und die Stirnflächen der Druckstücke eine einem bogenförmigen Verlauf entsprechende, aufeinander zu gerichtete Balligkeit aufweisen.

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Bei derartigen Getrieben kommt der Reibpaarung zwischen Kegelscheiben und Druckstücken, also der Kontaktstelle zwischen diesen Teilen, besonders große Bedeutung zu. Denn hier entscheidet sich Funktionsfähigkeit und Lebensdauer des Getriebes im Hinblick auf die Reibwärmeentwicklung und deren Abfuhr, bezüglich des Verschleißes und der Materialermüdung, also im Hinblick auf die Leistungsübertragungsfähigkeit des Getriebes.

Die ballige Ausführung der Kegelscheiben wird bekanntlich angewendet, um bei derartigen Getrieben den sog. Spurversatz, d. h. das Schräglaufen der Kette, zu verhindern. Diese Maßnahme ist neben anderen Möglichkeiten eine häufig angewendete, wenig aufwendige und wirksame Methode, den genannten Spurversatz, der aus geometrischen Gegebenheiten bei Kegelscheiben mit anderen Mantellinien bei Übersetzungsänderung auftritt, zu verhindern. Die Berechnung des Bogens der Mantellinie wurde von Simonis entwickelt. Siehe F. W. Simonis, "Stufenlos verstellbare mechanische Getriebe", 2. Auflage, 1959, Springer-Verlag, Seiten 8 bis 10.

Die mit solchen Kegelscheiben zusammenwirkenden Stahlgliederketten haben Druckstücke, deren reibkraftübertragende Stirnflächen üblicherweise von kreisbogenförmigen Mantellinien mit einem Radius gleich der halben quer zur Kettenlaufrichtung gemessenen Druckstücklänge begrenzt sind.

Diese Konstellation ergibt jedoch eine hohe spezifische Pressung an den Kontaktstellen, so daß es insbesondere bei Hochleistungsgetrieben zur Bildung von Rillen auf den Kegelscheiben und hohem Verschleiß an den Kettenkontakt-

stellen kommen kann. Die Rillenbildung führt auch noch zur Vergrößerung der sich berührenden Flächen und damit zu hydrodynamischem Durchrutschen mit den bekannten negativen Folgen; anders gesagt ist die Reibwertkonstanz nicht mehr gegeben. Außerdem ist infolge der Balligkeit der Scheibenneigungswinkel bei kleinen Laufradien der Kette geringer als bei großen, was eine Stillstandsverstellung des Getriebes erschwert oder infolge der Selbsthemmung gar unmöglich macht, die andererseits jedoch häufig gefordert wird. Bei diesen bekannten Getrieben ist also der gerade Kettenlauf durch hohe spezifische Pressung und damit entsprechend starkem Verschleiß erkauft.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Getriebe der eingangs genannten Art durch Gestaltung der Reibkontaktstellen derart weiter auszubilden, daß ein Höchstmaß an Reibwertstabilität bei gleichzeitiger Verminderung der spezifischen Pressung und des Verschleißes erreicht wird. Es soll also eine Leistungssteigerung des Getriebes infolge Schaffung günstigerer Anpreßverhältnisse erreicht werden.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß der Radius der Mantellinie der Kegelscheiben an jeder Stelle größer ist als der Radius, bei dem unter Berücksichtigung der Balligkeit der Druckstückstirnflächen über den Übersetzungsbereich des Getriebes die Axialwege der axial verschiebbaren Kegelscheiben zwischen zwei Übersetzungsstellungen gleich sind, und daß der Radius der Mantellinie der Druckstückstirnflächen größer ist als die halbe quer zur Kettenlaufrichtung gemessene Breite der Druckstücke.

Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen ist eine erhebliche Herabsetzung der spezifischen Pressung an den Kontakt-

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stellen zwischen Druckstücken und Kegelscheiben erreicht, ohne daß ein hydrodynamisches Durchrutschen der Kette auftritt. Damit ist das Getriebe vergleichsweise mit höheren Leistungen belastbar bei andererseits geringerem Verschleiß, Die erfindungsgemäßen Maßnahmen haben außerdem zur Folge, daß über den Übersetzungsbereich des Getriebes gesehen die Kontaktstellen an den Stirnflächen der Druckstücke stärker auseinanderrücken, so daß praktisch die gesamte Stirnfläche - über alle Übersetzungsstellungen gesehen am Verschleiß teilnimmt. Es ergibt sich zwar ein geringfügiger Spurversatz für die Kette, was sich jedoch nicht schädlich auswirkt, da bekannte Ketten einen begrenzten Spurversatz ohne irgendwelchen Schaden vertragen.

Aus fertigungstechnischen Gründen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß die Mantellinien der Kegelscheiben sowie der Druckstücke Kreisbögen sind. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Radius R der Mantellinie der Kegelscheiben im Bereich von 2 r bis 4 r gewählt wird, wobei diese Größe von Getriebegröße, Getriebeleistung und Stellbereich des Getriebes abhängt.

Zusammen damit hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß der Radius D der Stirnflächenmantellinie der Druckstücke 1/15 R bis 1/25 R ist. Besonders vorteilhaft ist es hier, wenn der Radius D der Stirnflächenmantellinie 1/20 R ist. ''

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen können also insgesamt höhere Leistungen zugelassen werden, eine Stillstandsverstellung des Getriebes aus kleinen Laufradien heraus ist erleichtert bzw. überhaupt erst ermöglicht und es sind Reibwertinstabilitäten an der Paarung zwischen Druckstücken

und Kegelscheiben vermieden.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein bekanntes, hydraulisch gesteuertes Kegelscheiben- Umschlingungsgetriebe;

Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung des Getriebes gemäß Fig. 1 mit balligen Reibflächen der Kegelscheiben;

Fig. 3 eine vergrößerte Ausschnittdarstellung des Getriebes gemäß Fig. 2;

Fig. 4 eine Kegelscheibe mit den erfindungsgemäßen Merkmalen und

Fig. 5 eine vergrößerte Ausschnittdarstellung nach Fig. 4.

Gemäß Fig. 1 weist ein bekanntes Getriebe mit hydraulisch verstellbaren Kegelscheiben eine Antriebswelle 1 und eine Abtriebswelle 2 auf, auf denen zur Einstellung und Aufrechterhaltung der Getriebeübersetzung axial verschiebbare Kegelscheiben 3, 4 angeordnet sind, die Zylinder-Kolben-Aggregate 5, 6 bilden, während ihnen jeweils gegenüber fest abgestützte Kegelscheiben 7, 8 angeordnet sind. Zwischen den jeweiligen Kegelscheibenpaaren läuft eine Stahlgliederkette 9 um.

Den Zylinder-Kolben-Aggregaten 5, 6 wird das von einer Druckmittelquelle 10 bezogene Druckmittel über einen Vierkanten-Steuerschieber 11 und jeweilige Leitungen 12, zugeteilt. Außerdem sitzt auf der Abtriebswelle 2 ein Dreh-

momentfühler 14, dem über eine Leitung 15 das von dem Steuerschieber 11 abfließende Druckmittel zugeführt wird, welches drehmomentabhängig gedrosselt wird und den Druck am Antrieb (Zylinder-Kolben-Aggregat 5) bestimmt. Vom Drehmomentfühler 14 aus fließt das Druckmittel über eine Leitung 16 drucklos auf die Kette 9 zu deren Beölung und Kühlung ab.

Der Zylinder 5 hat eine Umfangsnut 17, an der über einen Gleitstein 13 der Hebel 19 eines Übersetzungsstellgliedes 20 angelenkt ist. Zwischen Stellglied 20 und Gleitstein 18 ist an den Hebel 19 außerdem der Schieber 21 des Vierkanten-Steuerschiebers drehbar angelenkt.

Die Funktionsweise dieses Getriebes wird nicht noch einmal erläutert, da sie allgemein bekannt ist.

Gemäß Fig. 2 sind bei einem Getriebe der allgemein anhand der Fig. 1 geschilderten Art auf "Wellen 22, 23 Kegelscheiben 24 bis 27 drehfest angeordnet, wobei die Kegelscheiben 24 und 26 außerdem axial fest abgestützt sind, während die Kegelscheiben 25 und 27, die Zylinder-Kolben-Aggregate 28, 29 bilden, entsprechend den Pfeilen 30, 31 axial verschiebbar sind. Zwischen den Kegelscheiben läuft eine Stahlgliederkette um, die in der neutralen Übersetzungsstellung 1:1 durch Druckstücke 32, 33 und die ihre Mitte verbindende Spurlinie 34 dargestellt ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Reibflächen der Kegelscheiben 24 bis 27 mit einer bogenförmigen Mantelfläche mit dem Radius R versehen, wobei die Stirnflächen der Druckstücke 32, 33 ebenfalls eine Mantelfläche mit dem Radius D aufweisen, was anhand der Fig. 4 und 5 dargestellt ist.

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Fig. 3 zeigt in ausschnittweiser Vergrößerung die Paarung zwischen einem Druckstück 35 mit der Reibfläche einer Kegelscheibe 36 nach dem Stand der Technik, wobei die Balligkeit der Kegelscheibe 36 den Radius r und die Balligkeit der Druckεtückstirnfläche den Radius d aufweist, der von der quer zur Kettenlaufrichtung gelegenen Mitte des Druckstückes 35 ausgeht. Der Radius r ist im bekannten Falle immer so gewählt, daß die anhand der Fig. 2 erwähnte Spurlinie der Stahlgliederkette bei allen Übersetzungsstellungen des Getriebes zu sich selbst parallel bzw. senkrecht zu den Achsen der Getriebewellen bleibt.

Anhand der Fig. 3 sind ersichtlich die Kontaktstellen 37 bis 39, die sich bei den unterschiedlichen Übersetzungsstellungen ergeben, wobei die Kontaktstelle 38 der Ubersetzungsstellung 1:1 entsprechen mag, während bezogen auf das dargestellte Druckstück die Kontaktstelle 37 dem kleinsten Laufradius und die Kontaktstelle 39 dem größten Laufradius entspricht. Hieran wird einmal deutlich, daß an den Kontaktstellen wegen der Balligkeit der Reibfläche der Kegelscheiben einerseits und der Stirnfläche der Druckstücke andererseits eine hohe spezifische Pressung herrscht, die einen starken Verschleiß bedingt, und daß zum anderen die Kontaktstellen 37 bis 39 verhältnismäßig eng beieinanderliegen, so daß unter Berücksichtigung der im Betrieb eintretenden Materialermüdung die Stirnfläche der Druckstücke im Bereich der Kontaktstellen 37 bis 39 und damit innerhalb eines verhältnismäßig engen Bereiches stark beansprucht ist. Das wirkt sich insbesondere bei Hochleistungsgetrieben aus, bei denen hohe Anpreßkräfte zwischen Kegelscheiben und Druckstücken herrschen.

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Fig. 4 zeigt in Gegenüberstellung zu Fig. 3 die erfihdungsgemäßen geometrischen Verhältnisse der Kontaktstelle anhand einer Kegelscheibe und eines Druckstückes in der Übersetzungsstellung 1:1. Fig. 5 zeigt die erfindungsgemäße Getriebeausbildung in vergrößerter Darstellung.

Danach sind sowohl der Radius R der Reibflächen der Kegelscheiben 40 als auch der Radius D der Stirnflächen der Druckstücke 41 so weit vergrößert, daß sich Kontaktstellen 42 bis 44 ergeben, wie dies bei 45 aus der dortigen, um 90° gedrehten Stirnansicht des Druckstückes 41 ersichtlich ist. Außerdem ist ersichtlich, daß die Kontaktstellen 42 bis 44, die wieder den Bereich zwischen den extremen Übersetzungsstellungen des Getriebes repräsentieren mögen, einen erheblichen Abstand voneinander haben, so daß also praktisch die gesamte Stirnfläche der Druckstücke 41 über den Übersetzungsbereich des Getriebes zum Einsatz kommt.

Dabei ist gewährleistet, daß über die gesamte Lebensdauer der Kette die Verschleißflächen einen ausreichenden Sicherheitsabstand vom Rand der Stirnflächen beha? ten, daß also "Kantenträger" nicht auftreten können, was noch durch entsprechende leichte Abrundungen des Randes begünstigt wird. Da gleichzeitig die spezifische Pressung an der jeweils beteiligten Kontaktstelle geringer ist, ist es insgesamt möglich, die Übertragung höherer Leistungen vorzunehmen, obwohl bezüglich der Kontaktstellen von im vorhinein bestimmten Reibwertverhältnissen ausgegangen werden kann, da eine Unstabilität der Reibwerte nicht vorhanden ist. Ferner ist die Verstellung des Getriebes aus dem Stillstand heraus auch bei kleinem Laufradius

der Kette möglich und es ist nur ein minimaler Spurversatz vorhanden, der aber den bekannten Ketten nicht schadet·.

Claims

P.I.V. Antrieb Werner Reimers GmbH & Co. KG Industriestraße 3 6380 Bad Homburg 1 Patentansprüche

1. Stufenlos übersetzungseinstellbares Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe mit auf der An- und Abtriebswelle angeordneten Paaren von mit den Wellen verbundenen, glatten Kegelscheiben, von denen diametral einander gegenüberliegend je eine Kegelscheibe zur Einstellung und Aufrechterhaltung der Getriebeübersetzung hydraulisch axial verschiebbar ist, und einer zwischen den einen Scheibenkeil bildenden Kegelscheibenpaaren umlaufenden Stahlgliederkette mit quer zur Kettenlängsrichtung angeordneten Druckstücken, über deren der jeweiligen Kegelscheibe zugewandten Stirnflächen die Reibkraftübertragung zwischen Kegelscheiben und Kette erfolgt, wobei die Reibflächen der Kegelscheiben und die Stirnflächen der Druckstücke eine einem bogenförmigen Verlauf entsprechende, aufeinander zu gerichtete Balligkeit aufweisen, dadurch gekennzeichnet,

daß der Radius (R) der Mantellinie der Kegelscheiben an jeder Stelle größer ist als der Radius (r), bei dem unter Berücksichtigung der Balligkeit der Druckstückstirnflächen über den Übersetzungsbereich des Getriebes die Axialwege

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der axial verschiebbaren Kegelscheiben zwischen zwei Übersetzungsstellungen gleich sind, und daß der Radius (D) der Mantellinie der Druckstückstirnflächen größer ist als die halbe quer zur Kettenlaufrichtung gemessene Breite der Druckstücke.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantellinien der Kegelscheiben sowie der Druckstücke Kreisbögen sind.

3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (R) der Mantellinie der Kegelücheiben im Bereich von 2 r bis 4 r liegt.

4. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (D) der Stirnflächenmantellinie der Druckstücke 1/15 R bis 1/25 R ist.

5. Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß der Radius (D) der Stirnflächenmantellinie der Druckstücke 1/20 R ist.