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Mit Reibräderwechselgetriebe arbeitender Drehmomentverstärker Die
Erfindung betrifft eine mechanische Vorrichtung zur Umwandlung von Drehmomenten
ohne Drehzahlübersetzung, bei der also die antreibende und die abgetriebene Welle
synchron laufen, gleichgültig, welche Drehzahl in die Antriebswelle eingeleitet
ist, und dabei verschieden stark belastbar sind.
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Mechanische Drehmomentverstärker sind schon mehrfach bekanntgeworden.
Bei diesen bekannten Verstärkern wird meist die gleitende Reibung eines Bandes oder
einer Backenkonstruktion als Übertragungsmittel benutzt zwischen Antriebsglied,
Abtriebsglied und einer dauernd sich drehenden Trommel oder Scheibe, von der durch-
gleitende Reibung dauernd eine verstärkende Hilfskraft in dem jeweils notwendig
werdenden Umfang abgenommen wird. Soll ein Verstärker dieser Bauart für beide Drehrichtungen
wirksam sein, so müssen Übertragungsbänder und Treibtrommeln sowie die entsprechenden
Steuer- und Abtriebsglieder jeweils gesondert für jede Drehrichtung vorhanden
sein.
Außerdem wird infolge der dauernden Gleitbewegung ein merklicher Teil der aufzuwendenden
Leistung in Verlustwärme umgesetzt.
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Es sind auch schon Anordnungen angegeben worden, bei denen eine Dreltmomentverstärkung
mit Hilfe von Reibwechselgetrieben erfolgt, die mit rollender Reibung arbeiten (Reibscheibengetriebe).
Dabei ist ein zwischen die dauernd umlaufende treibende und die getriebene Reibscheibe
eingeschaltetes Reibrad über elektromagnetische Kupplungen an einen Hilfsantrieb
derart anschließbar, daß es sich in der einen oder anderen Richtung zwischen den
beiden Reibscheiben axial verschiebt, je nachdem, oh die mit der getriebenen Reibscheibe
verbundene Abtriebswelle schneller oder langsamer läuft als eine steuernde Welle.
Die Auswahl und Einschaltung der jeweils richtigen Magnetkupplung muß dabei durch
eine Kontaktsteuerung erfolgen, die nach Art einer -N achlaufkontaktsteuerung zwischen
die steuernde Welle und die Abtriebswelle eingeschaltet ist. Die genannte Einrichtung
erfordert einen verhältnismäßig hohen zusätzlichen Aufwand an elektrischen bzw.
elektromechanischen Apparaten. Zudem lassen sich infolge der Hintereinanderschaltung
der elektrischen N achlaufkontaktsteuerung, der '2#Iagnetl@upplungen und des mechanischen
Reibräderwechselgetriebes Regelverzögerungen praktisch nicht vermeiden.
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Die Erfindung benutzt ebenfalls einen mit Reibräderwechselgetriebe
arbeitenden Drehmomentverstärker, der also an Stelle der gleitenden Reibung die
Rollreibung ausnutzt. Die geschilderten Nachteile der bekannten Drehmomentverstärker
werden aber durch die besondere Ausbildung des Erfindungsgegenstandes vermieden.
Erfindungsgemäß werden die in zwei Hohlkugelhälften auf einem mit der Kraftwelle
verbundenen Planetenträger laufenden Planeten durch Drehung der Steuerwelle gegenüber
der Abtriebswelle in ihrer Schräglage verstellt und ihre von der feststehenden Hohlkugelhälfte
erlangte Ablaufbewegung auf die andere, mit der Abtriebswelle fest verbundene Hohlkugelhälfte
übertragen. Die Planeten sind zu diesem Zweck in Gestalt zweier fest miteinander
gekuppelter, gleich großer Reibrollen ausgebildet, deren jede mit einer der beiden
Hohlkugelhälften im Eingriff steht. Durch die Verstellung der Schrägstellung der
Planeten wird erreicht, daß die übertragung ihrer Ablaufbewegung von der feststehenden
Hohlkugelhälfte auf die drehbare Hohlkugelhälfte mit einem von dem Verstellwinkel
zwischen Steuer- und Abtriebswelle abhängigen, stetig regelbaren Übersetzungsverhältnis
erfolgt. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung führt die Relativverdrehung der
gleichf achsigen Steuer- und Abtriebswelle durch eine schraubenförmige Schrägschlitzverbindung
zu einer Axialverschiebung der Steuerwelle, die in der hohlen Kraftwelle gelagert
ist; ein auf der Steuerwelle lose drehbarer und mit ihr axial verschiebbarer Ring
reicht mit Ansätzen durch Aussparungen der Kraftwelle hindurch, und diese Ansätze
betätigen die Verstellung der Schwenklage der Planei ten. Es wird also eine Übertragung
durch gleitende Reibung vermieden und statt dessen die rollende Reibung zur Weiterleitung
des Drehmoments benutzt, wie dies beispielsweise auch für Anordnungen zur Erzielung
verschiedener Geschwindigkeitsverhältnisse in Hilfsantrieben schon an sich bekannt
ist. Durch die Führung im Schrägschlitz wird jedem Winkelbetrag des Stellungsunterschiedes
zwischen Steuer- und Abtriebswelle ein zusätzlicher Axialschub der Steuerwelle eindeutig
zugeordnet, der seinerseits eine Drehung der Rollreibungsglieder (Planeten) um eine
zweite bzw. dritte Achse derart bewirkt, daß diese wie bei einem stetig regelbaren
Reibgetriebe auf verschiedenen Durchmessern der Gegenräder (Hohlkugelhälften) in
Eingriff gelangen können.
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Im einzelnen wird der Erfindungsgegenstand am besten an Hand eines
Ausführungsbeispiels beschrieben, auf «-elches er aber keineswegs beschränkt sein
soll. In den Abbildungen ist eine besonders einfache und in ihrer Geschlossenheit
raumsparende Ausführung der Erfindung dargestellt.
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Der Drehmomentwandler besteht im wesentlichen aus einem Reibwechselgetriebe
mit einer festen Hohlkugelhälfte i, einer drehbaren Hohlkugelhälfte 2 und mit mindestens
einem (im Ausführungsbeispiel zwei) Reibräderpaar (Planeten) 3 bz«-. .I mit den
Reibrädern 31, 32, 41, 42, die jeweils paarweise miteinander gekuppelt sind.
Die Energie für die Drehmomentv erstärkung wird über die hohl ausgebildete, dauernd
mit einer verhältnismäßig großen Drehzahl umlaufende Hilfsantriebswelle (Kraftwelle)
5 zugeführt, mit der die Reibräderpaare 3 und .f über den Planetenträger so gekuppelt
sind, daß sie mit der Drehzahl der Kraftwelle 5 innerhalb der Hohlkugelhälften i
und 2 umlaufen bz«-. sich an diesen abrollen.
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Der Planetenträger ist vor allem aus Abb. i b ersichtlich. Auf der
Hohlwelle ;ist beispielsweise ein Mitnehmerrahtnen 8 mit vierkantiger Außengestalt
aufgeschrumpft, oder die Hohlwelle selbst mag zu einem Vierkant erweitert sein,
auf dem zwei Lagerteile 9 zur Aufnahme von Zwischenlagern io, i i für die Reibrollen
angeordnet sind.
Der Planetenträger 8, 9, io, ii kann -auch, wie
aus Abb:. i c ersichtlich, auf die Welle 5 aufgeschoben und durch Feder und Nut
gegen Verdrehen gesichert sein. Eine Axialverschiebung des Planetenträgers auf der
Welle 5 läßt sich durch einen Stift od. dgl. verhindern. Die Lagerteile g sind mit
dem Mitnehmerrahmen 8 fest verbunden. In ihnen sind die Zwischenlager io und ii
um Wellenstümpfe ioi bzw. i i i senkrecht zur Reibrollenwelle 33 bzw. 43 drehbar
gelagert.
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Die Schräglage der Planeten 3, 4 wird von der Steuerwelle her durch
eine Drehung der Zwischenlager io und ii um die Achsen der Wellenstümpfe ioi bzw.
iii bewirkt. Zu diesemZweck sind dieZwischenlager iound i i über Mitnehmerbolzen
13, i4miteinem gemeinsamen, axial verschiebbaren Ring 7 verbunden, welcher
mit der hohlen Kraftwelle 5 auf der Steuerwelle6 lose drehbar gelagert ist und mit
Ansätzen durch Aussparungen der Kraftwelle 5 hindurchreicht. Der Mitnehmerring 7
ist auf der Steuerwelle 6 beispielsweise- durch zwei Kugellager 15 gelagert, die
auch einen Axialschub zu übertragen imstande sind. Die bewegliche Hohlkugelhälfte
2 des Reibwechselgetriebes ist mit der Abtriebswelle bzw. mit der Abtriebsscheibe
16 fest gekuppelt, die Steuerwelle 6 mit der Steuerscheibe 17- Steuer- und Abtriebsscheibe
16, 17 sind in derAbbildungbeispielsweise als Schnurscheibendargestellt. Mit der
Abtriebsscheibe 16
ist ein Flansch 18 fest verbunden. Dessen hohle
Welle trägt einen schräg zur Achse, d. h. schraubenförmig verlaufenden Schlitz ig,
in welchem ein mit der Steuerwelle 6 verbundener Stift 2o verschiebbar ist.
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Der Querschnitt der Hohlkugelhälften i und 2 ist derart gestaltet,
daß die Rollen 3i, 32, 41, 42 auch bei jeder Drehung um die Achsen ioi bzw. iii
mit den beiden Schalen i, 2 im Eingriff bleiben.
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Die beschriebene Anordnung arbeitet folgendermaßen: Im Betriebszustand
wird die Kraftwelle 5 von einer äußeren Energieduelle, beispielsweise einem Elektromotor,
dauernd in Umlauf mit annähernd konstanter Drehzahl gehalten. Über den Planetenträger
8, 9, io, ii werden dadurch auch die Reibrollensysteme 3 und 4 in die gleiche Umdrehung
versetzt. Da die mit den Reibrollen 31 und 41 im Eingriff stehende Hohlkugelhälfte
i fest ist, wälzen sich die Rollen 3 i, 41 auf ihr ab, so daß auch die fest damit
verbundenen Rollen 32 und 42 sich um ihre Achse drehen und dabei auf dem Innenumfang
der Hohlkugelhälfte 2 abrollen.
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Wird nun angenommen, daß keine Drehung von der Steuerscheibe 17 auf
die Abtriebsscheibe 16 zu übertragen ist, so nehmen die Teile des Verstärkers die
in Abb. i a dargestellte Stellung ein. Der Stift 2o befindet sich in der Mitte des
Schlitzes i9; dabei nimmt die Steuerwelle 6 in axialer Richtung gerade eine solche
Lage ein, daß die Reibrollenwellen 33, 43 parallel zur Welle 5 bzw. 6 verlaufen.
Beide Reibrollen jedes Reibrollenpaares sind daher gleich weit von der Hauptachse
des Verstärkers entfernt und wälzen sich auf gleichen Durchmessern der beiden Hohlkugelhälften
i bzw. 2 ab. Da die Schale i fest steht, bleibt mithin auch die Schale 2 und damit
die Abtriebsscheibe 16 in Ruhe.
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Wird nun aber eine Steuerbewegung eingeleitet und die Steuerscheibe
17 beispielsweise in Pfeilrichtung gedreht, so wird zunächst ein kleiner Winkelunterschied
zwischen den Scheiben 17 und 16 auftreten. Das bedeutet eine Verschiebung
des Stiftes 2o in dem Schlitz i9 nach oben, d. h. eine zwangläufige Axialverschiebung
der Steuerwelle 6 innerhalb der Hohlwelle 5 nach rechts. Von der Welle 6 wird auch
der Mitnehmerring 7 nach rechts verschoben und schwenkt über seine Führungsschlitze
und die darin gelagerten Mitnehmerbolzen 13, 14 die Zwischenlager io und ii der
Reibrollensysteme um die Wellen ioi bzw. iii. Das ganze System, Mitnehmer, Zwischenlager,
Reibrollen, dreht sich dabei selbstverständlich mit der Drehzahl der Kraftwelle
5. Durch die eingeleitete Schwenkbewegung neigen sich die Reibrollenwellen 33 und
43 schräg zur Hauptachse des Wandlers, und damit wandern die Eingriffsstellen der
Rollen 31, 41 auf der Kugelschale i nach kleineren Durchmessern; die Eingriffsstellen,
der Rollen 32, 42 auf der Kugelschale 2 dagegen nach größeren Durchmessern. Nimmt
man an, daß die Kraftwelle 5 sich in dem durch die Pfeilrichtung angedeuteten Sinne
dreht, so ergibt sich hierbei im Endergebnis eine Drehung der Hohlkugelhälfte 2
und damit der Abtriebsscheibe 16 im gleichen Sinne wie die Drehung der Steuerscheibe
17. Da der Stift 2o im Schlitz i9 so lange weiter auswandert, als noch ein Drehzahlunterschied
zwischen den Scheiben 16 und 17 besteht, stellt sich das Getriebe selbsttätig so
ein, daß die Drehzahl der Hohlkugelhälfte ä bzw. der Abtriebsscheibe 16 gleich derjenigen
der Steuerscheibe 17 wird. Da die notwendigen Steuerbewegungen sehr klein gehalten
werden können, wird dabei praktisch auch absoluter Gleichlauf zwischen den Scheiben
17 und 16 erreicht, d: h. der für die Steuerung notwendige bleibende Stellungsunterschied
zwischen den Scheiben 17 und 16, der von der jeweiligen Drehzahl in eindeutiger
Zuordnung abhängt, bleibt in äußerst geringen Grenzen, so däß praktisch die Scheibe
16 sich sofort mit in Bewegung setzt, wenn die Scheibe 17 gedreht wird.
Wird
umgekehrt die Scheibe 17 entgegen der Pfeilrichtung verdreht, so wandert der Stift
2o im Schlitz i9 nach unten, die Steuerwelle 6 wird nach links verschoben und infolgedessen
die Reibrollensysteme so verschwenkt, daß die Rollen 31, 41 an der Hohlkugelhälfte
i sich auf größeren Durchmessern abwälzen als die Rollen 32, 42 auf der Hohlkugelhälfte
2. Da der Drehsinn der Kraftwelle 5 unverändert bleibt, entsteht hierbei eine resultierende
Drehung der Kugelschale 2 und damit der Abtriebsscheibe 16 entgegen der Pfeilrichtung,
d. h. wieder im gleichen Sinne wie die Drehung der Steuerscheibe 17.
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Wie aus der Abbildung hervorgeht, kann das Übersetzungsverhältnis
zwischen den Hohlkugelhälften i und 2 mit verhältnismäßig kleinen Schwenkwinkeln
der Reibrollensy steme 3 und 4 beträchtlich geändert werden. In viel größerem Maße
trifft dies dann aber für das Übersetzungsverhältnis zwischen der Kraftwelle 5 und
der Abtriebswelle 2 bzw. 16 zu, so daß tatsächlich mit dem Verstärker der Drehzahlbereich
zwischen o und einigen ioo oder gar einigen iooo Umdrehungen bewältigt werden kann.
Die Abtriebsscheibe 16 läuft bei jeder Drehzahl praktisch synchron mit der Steuerwelle
17; der zur Steuerung notwendige kleine Nacheilwinkel wächst mit der Drehzahl. Die
an der Abtriebsscheibe r6 verfügbare Leistung ist unabhängig von der an der Steuerwelle
eingeführten Leistung. Sie wird vielmehr von der Kraftwelle 5 nach der Abtriebsscheibe
16 übertragen. Sie kann daher ein Vielfaches der Steuerleistung betragen und ist
lediglich durch die Leistung des Hilfsantriebs der Welle 5 begrenzt.
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Die Reibrollen können entweder vollständig aus Metall hergestellt
sein. Es ist aber auch möglich, sie mit einem Reibungsbelag, beispielsweise aus
Ferrodoasbest od. dgl.. oder mit einem Gummibelag zu versehen.