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Stufenlos regelbares Getriebe Es sind stufenlos regelbare Getriebe
bekannt, bei denen die Drehzahlveränderung durch ein endloses Zugorgan, z. B. einen
Keilriemen, erfolgt, der zwischen zwei axial verstellbar gelagerten Kegelscheibenpaaren
angeordnet ist, wobei das eine Kegelscheibenpaar auf der Antriebs- und das andere
auf der Abtriebswelle gelagert ist. Bei den bekannten Konstruktionen dieser Art
erfolgt die axiale Verstellung der Kegelscheiben zwecks Drehzahlveränderung durch
einen von außen, z. B. von Hand, willkürlich bedienten Mechanismus.
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Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein stufenlos regelbares Getriebe,
bei dem die Kraftübertragung ebenfalls durch ein endloses zwischen zwei axial verschiebbar
gelagerten Kegelscheibenpaaren angeordnetes Zugorgan erfolgt, wobei das eine Scheibenpaar
auf der Antriebs- und das andere auf der Abtriebswelle sitzt. Beide Scheibenpaare
sind axial verschieblich angeordnet und mit einer Vorrichtung kombiniert, welche
bei Änderung des von der Abtriebswelle abgeleiteten Drehmoments die Stellung der
auf der Antriebswelle und der Abtriebswelle befindlichen Kegelscheibenpaare automatisch
regelt. Damit wird gleichzeitig auch die entsprechende Einstellung des Zugorgans
sowie eine dem geänderten Drehmoment angepaßte Drehzahl des auf der Antriebswelle
angeordneten Kegelscheibenpaares erreicht. In praktischer Ausführung der Erfindung
werden die auf .der Antriebswelle und auf der Abtriebswelle befindlichen Kegelscheibenpaare
nicht nur axial verschiebbar, sondern auch drehbar angeordnet, indem sie durch geeignete
federnde oder nachgiebige Organe abgestützt und mit ihren Wellen verbunden sind.
Vorzugsweise können die auf der Antriebswelle sitzenden Kegelscheiben durch gewundene
Biegungsfedern, insbesondere
Schraubenfedern, durch welche die
Antriebswelle hindurchgeführt wird, mit dieser verbunden werden, während an den
Kegelscheiben der Abtriebswelle seitliche Kurvenflächen angeordnet sind. Die seitlich
angeordneten Kurvenflächen können sich auf mit der Abtriebswelle verbundenen Drehkörpern
abstützen, oder es können umgekehrt die Kegelscheiben sich gegen entsprechende,
mit der Abtriebswelle verbundene Kurvenflächen abstützen. Zweckmäßig wird die axiale
Steigung der Kurvenflächen entsprechend dem veränderlichen Laufkreisdurchmesser
an den Antriebsscheiben variabel gestaltet.
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Zur Übertragung des Drehmoments können verschiedenartig ausgebildete
Zugorgane, z. B. Keilriemen, gegliederte Keilriemen; kettenartige Zugorgane, z.
B. Lame.llenketten, Keilgliederketten u. dgl., benutzt werden.
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Zum besseren und vollen Verständnis der Erfindung wird dieselbe in
der Folge unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, welche die verbesserte
Vorrichtung und ihre Einzelheiten in Schnitten beispielsweise darstellt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstands
dargestellt, und zwar zeigt Fig. i das Getriebe im Querschnitt in der Leerlaufstellung,
während die Fig. 2 und 3 ,eine Einzelheit in verschiedenen Ansichten zeigen.
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Mit i ist die Antriebswelle bezeichnet, die in Kugellagern 2 und 3
beiderseits gelagert ist und die zwei Kegelscheiben 4 und 5 trägt. Die beiden Kegelscheiben
4 und 5 sind auf der Welle i axial verschiebbar und drehbar gelagert und stehen
unter der Wirkung von vorgespannten; auswechselbaren Druckfedern 6 und 7, die axial
um die Welle i angeordnet und bestrebt sind, die beiden Kegelscheiben 4 und 5 einander
zu nähern. In der Leerlaufstellung stützen sich die beiden Kegelscheiben in ihrem
Zentrum gegeneinander ab. Diese Stellung entspricht dem maximalen Laufkreisdurchmesser,
in welchem Falle die Zugkraft des Zugorgans 14 ein Minimum ist. Die Druckfedern
6 und 7 stützen sich am anderen Ende gegen die Bundbüchsen 8 und 9 ab, die auf der
Antriebswelle i axial verschiebbar gelagert und tangential durch die Gleitfedern
io und i i mit der Welle verbunden sind. Ferner sind noch auf der Antriebswelle
i Muttern 12 und 13 angeordnet, welche die Druckfedern 6 und 7 gegen Axialverschiebung
sichern. Durch entsprechende Verstellung der Muttern 12 bzw. 13 kann den
Druckfedern 6 und 7 eine Vorspannung erteilt werden. Die Druckfedern 6 und 7 dienen
gleichzeitig zur Übertragung des Drehmoments von den Bundbüchsen 8 und 9 auf die
Kegelscheiben 4 und 5. Zu diesem Zweck sind die Federdrähte an ihren Enden in axialer
Richtung umgebogen und in entsprechende Ausnehmungen der Bundbüchsen 8 und 9 und
der Kegelscheiben 4, 5 eingeführt. Auf diese Weise werden die Reibungskräfte, die
den axialen Bewegungen der Kegelscheiben 4, 5 auf der Antriebswelle entgegenstehen,
gering gehalten. Eine bei Getrieben dieser Art übliche Kraftübertragung z. B. mittels
Einlegekeile oder Gleitfeder würde infolge der hierbei sich aus dem Tangentialdruck
auf die Keilnut ergebenden Reibungskräfte ein zu hohes Trägheitsmoment zur Folge
haben und damit die Kontinuierlichkeit der Drehzahlregelung stark beeinträchtigen.
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Als Kraftübertragungsorgan gelangt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ein endloser Keilgliederriemen 14 zur Anwendung. Durch diesen wi_d das Drehmoment
der Antriebswelle i auf die Abtriebswelle 15 übertragen, welche bei 16 und 17 z.
B. vermittels Kugellager gelagert ist. Auf dieser Welle sind die Abtriebsregelscheiben
18 und i9 axial verschiebbar angeordnet. Die gezeichnete Stellung der Kegelscheiben
entspricht ihrem größtmöglichen Abstand voneinander, also dem kleinsten Laufkreisdurchmesser
des Keilgliederriemens. An den Außenseiten sind an den Kegelscheiben 18 und i9 Kurvenflächen
20 und 21 angebracht, die sich gegen die Außenringe der Kugellager 22 und 23 abstützen,
welche mittels Bolzen 24 und 25 an den Mitnehmerscheiben 26 und 27 befestigt sind.
Letztere sind mit der Welle 15 fest verbunden. Die Federn 28 und 29 dienen zunächst
als gewundene Biegungsfedern zur Kompensation der durch den Axialdruck entstehenden
Reibungskräfte zwischen den Kurvenflächen 2o und 21 und den Rollen 22 und 23 bei
der rückläufigen Bewegung derselben zueinander, sodann bewirken sie gleichzeitig
ein geringes axiales Zusammendrücken der beiden Kegelscheiben, so daß auch beim
Leerlauf und Anlauf eine genügende Riemenspannung gewährleistet ist.
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Fig. 2 veranschaulicht schematisch das Bewegungsspiel zwischen den
Kurvenflächen 20, 21 und den Rollen 22, 23. Die Kurvenflächen sind räumlich gekrümmt
und verlaufen einerseits konzentrisch zur Wellenachse, andererseits weisen sie in
axialer Richtung eine variable Steigerung auf. In der Zeichnung ist die Kurvenfläche
in radialer Ansicht auf die Ebene abgewickelt dargestellt. Die Wirkungsweise der
beschriebenen Vorrichtung ist die folgende: Während bei den bekannten stufenlos
regelbaren Getrieben die axiale Verstellung der Kegelscheiben zwecks Drehzahlveränderung
durch einen von außen willkürlich zu bedienenden Mechanismus erfolgt, soll nach
der Erfindung die Drehzahländerung durch das an der Abtriebswelle jeweils wirksame
Drehmoment automatisch reguliert werden. Dieses geschieht durch sinngemäße Nutzbarmachung
der aus der Keilwirkung des Zugorgans zwischen den Kegelscheibenpaaren resultierenden
axialen Kräfte.
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Auf der Antriebswelle wird der Abstand der beiden Kegelscheiben und
damit der Laufkreisdurchmesser des Zugorgans durch den axialen Druck der Federn
6 und 7 gegen die Kegelscheiben gesteuert.
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Auf der Abtriebswelle wird der Abstand der beiden Kegelscheiben und
damit der Laufkreisdurchriiesser des Zugorgans durch räumlich gekrümmte Flächen
20 und 21 gesteuert, und zwar in umgekehrtem Sinne gegenüber der Antriebsseite.
Hier wird den aus der Keilwirkung des Riemenzugs resultierenden Axialkräften durch
die axialen
Reaktionskräfte des auf die Kurvenflächen jeweils wirke.)
Abtriebsdrehmoments das Gleichgewicl-t gehalten. Dieses Ergebnis wird erzielt durch
eine variable Steigung der Kurven, wie in der Zeichnung dargestellt.
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Die Reaktionsempfindlichkeit des Getriebes auf Veränderungen des Abtriebsdrehmoments
ist von der Größe der Reibungskräfte abhängig, die den axialen Bewegungen der Kegelscheiben
auf den beiden Wellen entgegenstehen. Eine bei Getrieben dieser Art übliche Kraftübertragung,
z. B. mittels Einlegekeils oder Gleitfeder, würde infolge der hierbei sich aus dem
Tangentialdruck auf die Keilnut ergebenden Reibungskräfte ein zu hohes Trägheitsmoment
des Getriebes zur Folge haben und damit die Kontinuierlichkeit der Drehzahlregelung
stark beeinträchtigen. Zur Vermeidung dieser störenden Reibungskräfte wird erfindungsgemäß
die Kraftübertragung von der Antriebswelle auf die leiden Kegelscheiben durch gewundene
Biegungsfedern bewirkt. Hierdurch wird einmal jede aus dem Tangentialdruck herrührende
Reibung völlig vermieden; sodann tritt bei Veränderungen des Drehmoments zu der
axialen Verschiebung der Kegelscheiben infolge der Verdrehung der Federn eine Drehbewegung
hinzu. Durch die sich hieraus ergebende schraubenförmige Verschiebung der Kegelscheiben
auf der Welle wird der Reibungswiderstand beträchtlich verringert. Zudem bewirken
die Schraubenfedern ein sehr weiches stoßfreies Anlaufen des Getriebes.
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L'm die Reibungskräfte an den Kurven der Abtriebswelle möglichst gering
zu halten, erfolgt die Abstützung der Kegelscheiben gegen diese Kurven zweckmäßigerweise
über kugelgelagerte Rollen. Um den Rücklauf der Rollen im absteigenden Sinne der
Kurven, vor allem im Bereich ihrer kleinsten Steigung, zu gewährleisten, sind zwischen
Kegelscheiben und Abtriebswelle gewundene Biegungsfedern geschaltet, die beim Auflaufen
auf die Kurven taiigential angespannt werden und vermittels dieser Spannung beim
Rücklaufen die aus der Axialresultanten des Kurvendrucks herrührenden Reibungskräfte
kompensieren. Auch hier wird die Reibung zwischen Welle und Kegelscheiben durch
die resultierende Schraubenbewegung wesentlich herabgesetzt.
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Beim Anlaufen des Getriebes befinden sich die Kegelscheiben der Antriebswelle
zunächst im geringsten Abstand voneinander. Wächst dann das zu übertragende Drehmoment,
so wird bei Überschreitung eines gewissen Grenzwertes die Riemenspannung derart
ansteigen, daß das Zugorgan sich zwischen die beiden Scheibenhälften drängt, indem
es sich der Antriebswelle nähert. Die beiden Kegelscheiben der Antriebswelle vergrößern
also gegen den Druck der Federn 6 und 7 ihre Entfernung.
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Gleichzeitig mit dieser Reaktion des abzutreibenden Drehmoments an
der Antriebswelle werden die axialen Reaktionskräfte des Drehmoments an den Stützkurven
der Abtriebswelle wirksam. Nach t)l)erschreiten eines Grenzwertes stellt sich auch
hier infolge der variablen Steigung der Kurven zwischen den Axialkräften des Keilzugs
und den aus dem jeweiligen Drehmoment resultierenden axialen Kurvendrücken ein labiles
Gleichgewicht ein in dem Sinne, daß mit zunehmendem Kurvendruck der Kegelscheibenabstand
geringer, d. h. der Laufkreisdurchmesser entsprechend größer wird.
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Das beschriebene stufenlose Getriebe besitzt den Vorteil der Einfachheit
und der automatischen Regulierung der Drehzahl, es eignet sich u. a. vorzüglich
zum Antrieb solcher Vorrichtungen, bei denen, wie z. B. beim Aufwickeln von flexiblen
Stoffbahnen, Papierbahnen, Textilbahnen, Blechen, Draht und Bandeisen, variable
Drehmomente auftreten, während die Geschwindigkeit der Stoffbahn sowie der auf sie
entfallende Zug möglichst konstant gehalten werden müssen.